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MINISTRIO DA DEFESA
EXRCITO BRASILEIRO
DEPARTAMENTO DE CINCIA E TECNOLOGIA
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
CURSO DE ESPECIALIZAO EM TRANSPORTE FERROVIRIO DE CARGAS
1 Ten CUSTDIO MOURA CASTRO DO NASCIMENTO
AVALIAO DE ALTERNATIVAS DE PROCESSOS CONSTRUTIVOS
DE FERROVIAS SOBRE SOLOS MOLES
Rio de Janeiro
2008
i
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
1 Ten CUSTDIO MOURA CASTRO DO NASCIMENTO
AVALIAO DE ALTERNATIVAS DE PROCESSOS CONSTRUTIVOS
DE FERROVIAS SOBRE SOLOS MOLES
Monografia de Especializao apresentada ao Curso de Especializao em Transporte Ferrovirio de Cargas do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obteno do ttulo de Especialista em Transporte Ferrovirio de Carga.
Orientadora: Prof. Maria Esther Soares Marques D. Sc.
Rio de Janeiro
2008
ii
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
1 Ten CUSTDIO MOURA CASTRO DO NASCIMENTO
AVALIAO DE ALTERNATIVAS DE PROCESSOS CONSTRUTIVOS
DE FERROVIAS SOBRE SOLOS MOLES
Monografia de Especializao apresentada ao Curso de Especializao em Transporte Ferrovirio de Cargas do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obteno do ttulo de Especialista em Transporte Ferrovirio de Carga.
Orientadora: Prof. Maria Esther Soares Marques D. Sc.
Aprovada em 14 de outubro de 2008 pela seguinte Banca Examinadora:
_______________________________________________________________
Prof. Maria Cristina de Fogliatti Sinay D. Sc.
_______________________________________________________________
Prof. Vnia Gouveia Barcelos Campos D. Sc.
_______________________________________________________________
Prof. Maria Esther Soares Marques D. Sc.
Rio de Janeiro
2008
iii
minha noiva, pela pacincia e apoio em todos os momentos.
iv
AGRADECIMENTOS
A Deus, Pai e Criador, pela oportunidade desta reencarnao.
Aos meus pais, pela educao desde o bero.
Aos amigos, pelo companheirismo e incentivo.
Ao Instituto Militar de Engenharia, pela minha formao e aperfeioamento.
v
RESUMO
As mais importantes ferrovias brasileiras de heavy haul so usadas para exportao de minrio, partindo das minas no interior do pas at os portos litorneos, onde o minrio embarcado para seus destinos. Nesse caminho, a via frrea freqentemente obrigada a cruzar espessos depsitos de argila mole de origem flvio-marinha em baixadas alagadas nos arredores de lagoas, margens de rios ou fundo de vales. Os aterros construdos sobre essas reas devem ser corretamente dimensionados para que os recalques da argila mole no prejudiquem a geometria e funcionalidade da via. H muitas tcnicas de melhoramento de solo possveis para uso em argilas moles, e sua aplicao depende de um adequado plano de investigaes geotcnicas. Este trabalho apresenta dados de ensaios geotcnicos em argilas moles de uma regio da Estrada de Ferro Carajs, com discusso de tcnicas e prazos para duas solues possveis para a duplicao da via nesse trecho: drenos fibroqumicos verticais e estacas reforadas com geogrelha.
vi
ABSTRACT
The most important heavy haul lines in Brazil are used for ore exportation, taking the products from inland to coastal harbors, where they are shipped to their final destiny. On its way, the track has to cross thick compressive deposits of fluvial-marine clays found on lowland areas surrounding lagoons or at plain river borders, as well at the bottom of valeys. In order to maintain geometrical and functional design, the embankments built on these areas must be correctly designed to present adequate displacements and stability. There are many different ground improvement techniques used to occupy lowland areas, and they are, in general, very expensive and demand high-quality geotechnical investigation. This paper presents regional geotechnical data on soil characteristics and discussion about construction techniques commonly used in Brazil, illustrated through a case history from the duplication of part of the Estrada de Ferro Carajas railway.
vii
SUMRIO
1 INTRODUO ............................................................................................................. 10
1.1. RELEVNCIA DO ESTUDO ........................................................................................ 10
1.2. OBJETIVOS DO ESTUDO ............................................................................................ 11
1.3. DESCRIO DOS CAPTULOS .................................................................................. 12
2 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................ 13
2.1. DEFINIO DE TERMOS GEOTCNICOS UTILIZADOS NO TRABALHO ......... 13
2.1.1. ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM SOLO ........................................................ 13
2.1.2. CONSISTNCIA E PLASTICIDADE DOS SOLOS .................................................... 14
2.1.3. TENSES E RESISTNCIA DO SOLO ....................................................................... 15
2.1.4. ADENSAMENTO........................................................................................................... 16
2.1.5. TEORIA DO ADENSAMENTO .................................................................................... 16
2.2. TCNICAS CONSTRUTIVAS SOBRE SOLOS MOLES ............................................ 18
2.2.1. SUBSTITUIO OU DESLOCAMENTO DE SOLO MOLE...................................... 20
2.2.2. ATERRO CONVENCIONAL ........................................................................................ 22
2.2.3. ATERRO SOBRE DRENOS VERTICAIS .................................................................... 23
2.2.4. ATERRO SOBRE ESTACAS E COM REFORO DE GEOGRELHA........................ 25
2.2.5. ATERRO SOBRE LAJE DE CONCRETO ARMADO E ESTACAS ........................... 28
2.2.6. COLUNAS DE BRITA ................................................................................................... 29
2.3. INVESTIGAES GEOTCNICAS ............................................................................. 30
2.4. INSTRUMENTAO .................................................................................................... 31
3 ENSAIOS GEOTCNICOS ANALISADOS ............................................................. 32
3.1. ENSAIOS REALIZADOS .............................................................................................. 32
3.2. PERFIS GEOTCNICOS ............................................................................................... 33
3.3. RESULTADO DOS ENSAIOS DE LABORATRIO E CAMPO ................................ 34
3.4. GRFICO DE PLASTICIDADE ................................................................................... 36
3.5. CORRELAES ENTRE PARMETROS .................................................................. 37
viii
4 FORMULAO DO MODELO GEOTCNICO ..................................................... 39
4.1. NDICE DE VAZIOS ..................................................................................................... 39
4.2. COMPRESSIBILIDADE ................................................................................................ 40
4.3. PESO ESPECFICO NATURAL .................................................................................... 41
4.4. RESISTNCIA NO-DRENADA ................................................................................. 42
4.5. COEFICIENTE DE ADENSAMENTO VERTICAL ..................................................... 44
4.6. MODELO GEOTCNICO ............................................................................................. 45
5 ANLISE DO MODELO GEOTCNICO ................................................................ 46
5.1. ATERRO SOBRE DRENOS VERTICAIS .................................................................... 46
5.1.1. PREVISO DE RECALQUES....................................................................................... 46
5.1.2. PRAZO CONSTRUTIVO ............................................................................................... 47
5.1.3. ANLISE DE ESTABILIDADE .................................................................................... 49
5.1.3.1. ETAPA 1 ......................................................................................................................... 50
5.1.3.2. ETAPAS 2 A 4 ................................................................................................................ 51
5.1.3.3. REMOO DA SOBRECARGA .................................................................................. 53
5.1.3.4. CARGA DO PAVIMENTO ............................................................................................ 53
5.1.4. EVOLUO DO FATOR DE SEGURANA .............................................................. 54
5.1.5. IMPACTO AMBIENTAL .............................................................................................. 55
5.1.6. CUSTOS .......................................................................................................................... 55
5.2. ATERRO SOBRE ESTACAS E REFORO DE GEOGRELHA .................................. 57
5.2.1. DIMENSIONAMENTO ................................................................................................. 57
5.2.2. PRAZO CONSTRUTIVO, IMPACTO AMBIENTAL E CUSTO................................. 58
6 CONCLUSES ............................................................................................................. 61
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................................... 63
ix
10
1 INTRODUO
1.1. RELEVNCIA DO ESTUDO
As mais importantes ferrovias brasileiras de heavy haul so usadas para exportao de
minrio, partindo das minas no interior do pas at os portos litorneos, onde o minrio
embarcado para seus destinos. Nesse caminho, a via frrea freqentemente obrigada a cruzar
espessos depsitos de argila mole de origem flvio-marinha em baixadas alagadas nos
arredores de lagoas ou margens de rios.
A presena desses depsitos de argila mole de formao recente uma constante em
algumas regies do Brasil, ressaltando-se as formaes da Baixada Fluminense e da Baixada
Santista, alm de outras menos conhecidas no litoral do Paran, Santa Catarina, Rio Grande
do Sul, Bahia, Pernambuco e Sergipe. Alm disso, a extensa rede hidrogrfica brasileira, com
rios de plancie de grande porte, favorece a existncia de inmeros depsitos aluviais
compressveis tambm no interior do pas (Oliveira, 2006).
No projeto geomtrico de estradas sempre se procurou evitar as formaes de argilas
moles devido s dificuldades inerentes ao emprego deste tipo de solo como fundao
(Oliveira, 2006). Tais formaes possuem, em geral, baixa capacidade de suporte, grande
deformabilidade e baixa permeabilidade, estando, por regra, saturadas.
Os mecanismos de deformao de solos saturados so conhecidos h muito tempo,
tendo sido descritos por Terzaghi (1943) em sua teoria de adensamento. Entretanto, o
desenvolvimento tecnolgico levou ao surgimento de novos materiais, viabilizando tcnicas
executivas para o controle da estabilidade e dos recalques por adensamento de aterros em
regies de solos moles.
Os aterros convencionais e com sobrecarga temporria so exemplos de solues que
demandam longos perodos para o completo adensamento da argila, o que os torna
extremamente limitados para regies de camadas espessas de solos moles (Almeida e
Marques, 2004). Mtodos de acelerao de recalques envolvem o uso de drenos granulares ou
sintticos aplicados durante a construo do aterro. Entretanto, os deslocamentos por
11
adensamento primrio e secundrio podem inviabilizar a sua aplicao para determinados
perfis geotcnicos.
O uso de aterros estaqueados reforados com geossintticos surge como uma
alternativa, especialmente quando uma construo possui um prazo construtivo curto e
necessita que os recalques ps-construtivos sejam de pequena magnitude (Spotti, 2006).
No caso especfico de aterros ferrovirios, h grande dificuldade de convivncia com
recalques de subleito em prazos longos, em funo dos problemas que o alinhamento
incorreto da via permanente acarreta ao material rodante da ferrovia. Assim, deve-se ter
ateno especial escolha da melhor tcnica executiva quando da implantao e duplicao
de ferrovias em regies de solos moles.
Do ponto de vista ambiental, tcnicas convencionais necessitam de maiores volumes
de aterro para se atingirem as cotas determinadas em projeto, devido aos recalques ocorridos
em sua fase construtiva, ocasionando grandes impactos ambientais negativos na retirada de
material das jazidas. No aterro estaqueado, a carga gerada pelo aterro transferida para
camadas de solo mais competentes atravs das estacas, minimizando consideravelmente os
recalques. Desta forma, consegue-se atingir as cotas de projeto com volumes menores de
aterro, minimizando os distrbios ao meio ambiente e economizando os recursos naturais
(Spotti, 2006).
Observa-se, portanto, a importncia da avaliao das diversas alternativas construtivas
para ferrovias em regies de solos moles.
1.2. OBJETIVOS DO ESTUDO
O objetivo desta pesquisa apresentar uma breve reviso bibliogrfica das tcnicas
executivas de aterros de ferrovias construdos sobre solos moles e avaliar duas dessas
alternativas, determinado a mais adequada, sob o ponto-de-vista tcnico e de prazo
construtivo.
12
1.3. DESCRIO DOS CAPTULOS
No captulo 2, so apresentadas definies de alguns termos geotcnicos e teorias que
sero mencionadas durante o trabalho. So tambm descritas as principais tcnicas
construtivas de aterros ferrovirios sobre solos moles, abordando as peculiaridades, vantagens
e desvantagens de cada uma, com apresentao de exemplos de utilizao das mesmas, no
Brasil e no exterior.
O captulo 3 apresenta o resultado dos ensaios utilizados para a caracterizao
geotcnica do depsito estudado, que consistiu no projeto bsico da duplicao de um trecho
da Estrada de Ferro Carajs, na regio Nordeste do Brasil.
A anlise dos resultados dos ensaios realizada no captulo 4, onde so mostrados os
valores de projeto que definiro o modelo geotcnico analisado.
No captulo 5 apresentada a estimativa de magnitude e tempo de recalques e a
anlise de estabilidade de cada uma das etapas construtivas de um aterro sobre drenos
fibroqumicos. Analisa-se, tambm, as dimenses dos elementos constitutivos de um aterro
sobre estacas e com reforo de geogrelha. Uma estimativa de custos de construo de cada
uma das alternativas apresentada.
As concluses do presente estudo so apresentadas no captulo 6, juntamente com as
recomendaes para estudos futuros.
13
2 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
O objetivo deste captulo descrever sumariamente as principais tcnicas de
construo de aterros sobre solos altamente compressveis e de baixa resistncia, abordando
as peculiaridades, vantagens e desvantagens de cada uma e, sempre que possvel,
exemplificando sua utilizao dentro e fora do Brasil. Sero abordadas as exigncias
geomtricas e funcionais do transporte ferrovirio, que limitam a utilizao de algumas destas
tcnicas.
2.1. DEFINIO DE TERMOS GEOTCNICOS UTILIZADOS NO TRABALHO
Com o objetivo de familiarizar aqueles que no conheam em profundidade os termos
getcnicos utilizados neste trabalho, sero apresentados a seguir alguns conceitos cujo
entendimento fundamental para a correta compreenso e avaliao do presente trabalho.
2.1.1. ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM SOLO
O solo um material constitudo por um conjunto de partculas slidas, deixando entre
si vazios que podero estar parcial ou totalmente preenchidos pela gua. , pois, no caso mais
geral, um sistema disperso formado por trs fases: slida, lquida e gasosa. (Caputo, 1988)
A fase slida constituda por gros minerais provenientes da decomposio das
rochas pela ao de agentes fsicos ou qumicos, podendo ou no conter matria orgnica.
Segundo as dimenses de suas partculas, convencionou-se dividir o solo em suas fraes
constituintes que, de acordo com a NBR 6502 (ABNT, 1995), so:
a) Pedregulho: solos formados por minerais ou partculas de rocha,
com dimetro compreendido entre 2,0 mm e 60 mm;
14
b) Areia: solo no coesivo e no plstico formado por minerais ou
partculas de rochas com dimetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm.
De acordo com a dimenso, recebe a subdiviso em areia grossa (0,6 mm e 2,0
mm), mdia (0,2 mm e 0,6 mm) e fina (0,06 mm e 0,2 mm).
c) Silte: Solo que apresenta baixa ou nenhuma plasticidade,
formado por partculas com dimetros compreendidos entre 0,002 mm e 0,06
mm.
d) Argila: Solo de granulao fina constitudo por partculas com
dimenses menores que 0,002 mm, apresentando coeso e plasticidade.
A fase lquida a gua contida no solo, que d origem sua umidade. Define-se
umidade natural de um solo (w0) relao
onde Pw o peso da gua contida no interior do solo e Ps o peso do solo.
A fase gasosa composta pelos gases (gs carbnico, vapor dgua, entre outros) que
preenchem os vazios das demais fases.
2.1.2. CONSISTNCIA E PLASTICIDADE DOS SOLOS
Consistncia a propriedade de um solo argiloso ser menos ou mais deformvel
(ABNT, 1995), de acordo com a umidade a que est submetido. Com teor de umidade muito
baixo, o solo se comporta mais como slido, enquanto que, com umidade alta, solo e gua
podem fluir como um lquido (Das, 2007). Portanto, dependendo do teor de umidade, o solo
pode se comportar de quatro maneiras: slido, semi-slido, plstico e lquido. Os teores de
umidade nos quais ocorrem as transies de um estado para o outro so os chamados limites
de Atterberg, definidos como:
a) Limite de contrao: teor de umidade no qual ocorre a transio
do estado slido para o semi-slido;
b) Limite de plasticidade (wP): idem, do estado semi-slido para o
plstico;
c) Limite de liquidez (wL): idem, do estado plstico para o lquido.
15
Plasticidade a propriedade que um solo apresenta, em determinadas condies de
umidade, de poder sofrer grandes deformaes permanentes, sem sofrer ruptura, fissuramento
ou aprecivel variao de volume (ABNT, 1995). Trata-se de uma das mais importantes
propriedades das argilas. Define-se ndice de plasticidade (IP) conforme a equao:
As argilas moles, foco do presente estudo, costumam apresentar valores elevados de
umidade natural, limites de liquidez e plasticidade e ndice de plasticidade. Valores obtidos
em ensaios realizados em amostras de argilas moles sero apresentados no captulo 3.
2.1.3. TENSES E RESISTNCIA DO SOLO
Simplificadamente, as tenses existentes em uma massa de solo podem ser
classificadas como tenso total (), tenso efetiva () e presso neutra (u), relacionadas
atravs da equao proposta por Terzaghi (1925):
A tenso total o esforo total por rea unitria, atuando dentro de um solo (ABNT,
1995). A tenso efetiva aproximadamente a fora por unidade de rea suportada pelo
esqueleto de um solo. A presso neutra a suportada pela gua nos espaos vazios do solo,
sendo tambm chamada de poropresso.
O princpio da tenso efetiva um dos conceitos mais importantes na engenharia
geotcnica, uma vez que, em uma massa de solo, a tenso efetiva controla sua mudana de
volume e resistncia.
A resistncia ao cisalhamento de uma massa de solo a resistncia interna por rea
unitria que ela pode oferecer para resistir a rupturas e a deslizamentos ao longo de qualquer
plano no seu interior (Das, 2007). Ela importante para a anlise dos problemas de
estabilidade de solo, e pode ser apresentada simplificadamente atravs do Critrio de ruptura
de Mohr-Coulomb:
16
onde res a resistncia ao cisalhamento, c a coeso, a tenso efetiva e o ngulo de
atrito interno do solo.
Coeso parcela de resistncia ao cisalhamento de um solo provocada pela atrao
fsico-qumica entre partculas ou pela cimentao destas (ABNT, 1995), e possibilita a
classificao dos solos em coesivos e no-coesivos (ou granulares). Em solos coesivos
saturados, a resistncia ao cisalhamento fica apenas dependente da coeso, sendo ento
chamada de resistncia ao cisalhamento no-drenada, Su, cujo valor pode ser obtido atravs do
ensaio de cisalhamento de palheta (vane test), realizado in-situ, ensaios triaxiais tipo UU,
realizado em laboratrio, entre outros.
2.1.4. ADENSAMENTO
Segundo a ABNT (1995), adensamento a reduo progressiva, ao longo do tempo,
do volume de uma massa de solo, resultante da diminuio do seu volume de vazios, devido
expulso de ar ou gua, causada por efeito do peso prprio ou acrscimo de tenso externa.
comum a diviso didtica em adensamento primrio e secundrio. No adensamento primrio,
a reduo de volume devida, principalmente, expulso de gua dos vazios do solo,
acompanhada por uma transferncia da presso suportada pela gua intersticial (poropresso)
para o esqueleto slido. No secundrio, a reduo devida a fenmenos viscosos do solo, no
relacionados com a dissipao das poropresses.
2.1.5. TEORIA DO ADENSAMENTO
A equao diferencial bsica da teoria de adensamento de Terzaghi (1925) dada por:
Onde:
u poropresso ou presso neutra;
cv coeficiente de adensamento vertical.
A situao tridimensional que considera o fluxo combinado vertical e radial
representada por:
17
Onde:
ch coeficiente de adensamento horizontal.
A teoria do adensamento para o projeto de instalao de drenos verticais de areia
levou equao de adensamento tridimensional em coordenadas cilndricas. Nela,
desprezada a drenagem vertical, levando drenagem radial pura:
A partir da equao do adensamento para drenagem radial pura, assumindo a condio
de deformaes verticais iguais temos que:
Sendo definido:
onde:
Uh grau de adensamento devido ao fluxo radial;
Th fator tempo horizontal;
F(n) funo relativa ao dimetro de influncia de um dreno e ao seu dimetro efetivo;
de dimetro efetivo;
dw dimetro equivalente, conforme figura 2.1.
18
)(2 bad w
+= (Hansbo,1979)
2
badw
+= (Rixner et al., 1986)
Figura 2.1 Dimetros dw de um dreno pr-fabricado.
Carrillo (1942) demonstrou que o adensamento tridimensional poderia ser resolvido
com anlise em separado, originando para o grau de adensamento mdio combinado, a
seguinte relao:
onde:
Uvh grau de adensamento combinado;
Uv grau de adensamento devido a fluxo vertical;
Uh - grau de adensamento devido a fluxo horizontal.
2.2. TCNICAS CONSTRUTIVAS SOBRE SOLOS MOLES
Para a construo sobre solos compressveis, duas condies devem ser atendidas:
garantia de estabilidade, isto , deve-se evitar o rompimento do aterro e das fundaes; e
manuteno das deformaes, tanto verticais (recalques) como horizontais, dentro de limites
adequados, de acordo com as caractersticas da obra (Oliveira e Almeida, 2004). Na Figura
2.2 so apresentadas algumas tcnicas executivas utilizadas para solucionar ou minimizar
estes dois problemas associados execuo de aterros sobre solos moles.
a
b
19
Figura 2.2 Tcnicas executivas de aterros sobre solos moles (adaptado de Leroueil, 1997).
20
2.2.1. SUBSTITUIO OU DESLOCAMENTO DE SOLO MOLE
A substituio de solos moles consiste na retirada da camada compressvel atravs de
escavadeiras (figura 2.3) ou dragas e a posterior colocao de materiais de maior resistncia,
at que seja atingida a altura pretendida.
Figura 2.3 Escavao de solo mole.
Esta tcnica freqentemente empregada quando existem solos moles, sejam eles
turfosos ou no. Turfa o nome dado argila com elevadssimo teor de matria orgnica e
umidade, que pode chegar a 1000%. Como regra geral, os solos moles possuem, alm da
elevada compressibilidade, baixa resistncia ao cisalhamento, o que faz com que as
escavaes tenham que ser realizadas em taludes bastante suaves (da ordem de 1V:6H a
1V:8H, dependendo da resistncia do material), aumentando muito o volume do solo a ser
escavado. Assim, a tcnica somente ser vivel para baixas espessuras de solo mole, sendo
comum o limite de 3 ou 4 metros (Sandroni, 2006). Aps a retirada do material de baixa
resistncia, executado o aterro com material adequado, compactado em camadas, at a altura
referida em projeto. Deve-se garantir que toda a camada foi escavada ou ento prever o
comportamento do material remanescente.
Em aterros ferrovirios, uma tcnica vivel desde que as espessuras de material mole
sejam compatveis com os limites anteriormente mencionados. Em locais onde a resistncia
da argila aumenta com a profundidade, comum a remoo parcial do solo, sendo retiradas as
camadas superiores e mantidas as inferiores, sobre as quais executado o aterro com material
de melhor qualidade. Nesse caso, deve ser feito o clculo da previso dos recalques, bem
como do tempo necessrio para dissipao das poropresses, e eventual utilizao de
21
sobrecargas, que sero descritas no item 2.2. Nos casos de duplicao de vias existentes ou
interface com obras adjacentes, deve ser verificada a estabilidade dos aterros adjacentes, em
funo do desconfinamento lateral provocado pela escavao do solo mole, que altera o
coeficiente de segurana e pode causar danos s vias ou construes vizinhas.
O deslocamento de solos moles com o emprego de explosivos baseia-se na construo
prvia de um aterro sobre a camada compressvel, com posterior instalao de cargas
explosivas dentro do solo mole que, aps detonadas, provocam a liquefao do mesmo, com
sua expulso lateral pelo peso prprio do aterro, que acaba por ocupar o lugar do solo mole.
Na prtica, a expulso pode no ser completa, permanecendo resqucios de solo mole sob
forma de bolses, o que acaba por afetar o leito da via, provocando ondulaes no decorrer do
tempo (Massad, 2003). Por esse motivo, no aconselhado o emprego desta tcnica em
aterros ferrovirios.
Outra tcnica muito utilizada antigamente, mas que tem sido menos utilizada em obras
de porte, o chamado aterro de ponta, que consiste no avano de uma ponta de aterro em cota
mais elevada que a do aterro projetado, que vai empurrando e expulsando parte da camada de
solo mole, atravs da ruptura do solo de fundao argiloso de baixa resistncia, deixando em
seu lugar o aterro embutido. A expulso facilitada pelo desconfinamento lateral e frontal do
aterro de ponta, enquanto este avana (Zaeyen et al., 2003). A falta de controle de qualidade
da execuo no garante que toda camada muito mole seja removida, o que causa
freqentemente recalques diferenciais, que se manifestam atravs de ondulaes na superfcie
do aterro, com conseqente risco de descarrilamentos em operaes ferrovirias.
Tal tcnica, entretanto, ainda a nica possvel em aterros de conquista para execuo
de campanhas de ensaio em terrenos com camada superficial turfosa, bem como para a
entrada dos equipamentos de cravao de drenos ou estacas, necessrios para a execuo das
tcnicas que sero descritas nos itens 2.3 a 2.6. Em alguns casos, a resistncia da camada
superior to baixa que se torna necessrio o emprego de geotxtil como reforo at para o
aterro de conquista (Almeida et al., 2008).
22
2.2.2. ATERRO CONVENCIONAL
Denomina-se aterro convencional aquele executado sem quaisquer dispositivos
aceleradores de recalque ou modificadores de estabilidade. uma tcnica amplamente
difundida no Brasil e no exterior, por ser de baixo custo, uma vez que envolve apenas a
aquisio e compactao do aterro, mas que depende de disponibilidade de tempo no
cronograma de obras.
Quando se constri sobre argilas moles, a altura de aterro necessria para se partir de
uma cota inicial e atingir uma cota final deve levar em conta o recalque do aterro, ou seja, a
espessura de material que sofrer recalque abaixo da cota do terreno original, em funo da
compressibilidade do solo mole. Em regies de argilas moles saturadas com nvel dgua
(N.A.) superficial, que so os depsitos mais freqentes, h ainda o efeito de submerso do
aterro recalcado, o que, com o passar do tempo, diminui a tenso total aplicada, fazendo com
que a tenso efetiva final aps a dissipao das poropresses seja menor. Isso provoca a
necessidade de maior altura de aterro para compensar os recalques. Esta , portanto, uma das
desvantagens da tcnica, pois h necessidade de volume de material para compensar os
recalques sofridos pelo aterro.
Provavelmente a mais significativa desvantagem refere-se ao tempo necessrio para a
ocorrncia dos recalques, como ser visto com mais profundidade no captulo 5. Muitas vezes
torna-se necessria a construo do aterro em etapas, com grandes intervalos de tempo entre
elas, para que possa haver dissipao da poropresso da camada compressvel, com seu
conseqente ganho de resistncia, antes do novo alteamento do aterro. Assim, o fator de
segurana menor ao final de cada etapa de carregamento, aumentando com o tempo. Cabe
ressaltar que esta discusso no leva em considerao a ruptura por creep.
Uma vez que os recalques podero levar anos para ocorrer, a opo por este partido de
projeto deve levar em conta a possibilidade de convivncia com recalques, com os constantes
retrabalhos de alteamento de piso ou plataforma, em amplitudes que variaro com os
parmetros de compressibilidade do solo. Assim sendo, esta tcnica somente poder ser
utilizada em aterros ferrovirios se a espessura e a compressibilidade da argila mole forem
suficientemente baixas para que os recalques na grade ferroviria no causem problemas de
circulao dos trens.
23
Denomina-se sobrecarga ou pr-carregamento a espessura adicional de aterro que
aplicada temporariamente ao aterro propriamente dito. Passado o tempo necessrio de
atuao, ela retirada. Sua funo principal acelerar os recalques, j que a presena de uma
carga extra modifica a curva tempo x recalque do aterro, fazendo com que os recalques
previstos inicialmente ocorram em um tempo menor. Outra funo da sobrecarga combater
os recalques secundrios, que ocorrem mais lentamente que os primrios e so causados pelo
ajustamento da estrutura interna da massa de solo, depois que todo esforo de compresso
tenha sido transferido da gua intersticial para o esqueleto slido.
2.2.3. ATERRO SOBRE DRENOS VERTICAIS
Denomina-se aterro sobre drenos a tcnica de cravao de drenos sintticos verticais e
posterior execuo do aterro sobre o solo mole. Os drenos diminuem a distncia de drenagem
dentro da massa de solo compressvel, o que dissipa as poropresses mais rapidamente,
acelerando os recalques.
Os drenos verticais de areia foram pioneiramente utilizados em fins de 1920, na
Califrnia, nos Estados Unidos (Oliveira e Almeida, 2004). Posteriormente, surgiram os
primeiros drenos pr-fabricados, que foram evoluindo at os modelos atualmente utilizados,
chamados geodrenos ou drenos fibroqumicos (figura 2.4), que consistem em um ncleo de
plstico com ranhuras em forma de canaleta envolto em um filtro de geossinttico no tecido
de baixa gramatura (Sandroni, 2006).
Figura 2.4 Geodreno ou dreno fibroqumico.
24
Sua instalao realizada por meio de equipamentos de cravao (figura 2.5) que
apresentam produtividade de 1000m a 2000m por dia, por mquina cravadora (Sandroni,
2006).
Figura 2.5 Perfuratriz para cravao de geodreno (Costa Fortuna, 2008)
Os parmetros envolvidos na anlise das propriedades dos drenos verticais, tais como
eficincia, dimetro equivalente, rea de influncia, espaamento, amolgamento (efeito
smear) e resistncia hidrulica foram discutidos em Bedeschi (2004).
O pr-carregamento tambm aplicado aos aterros sobre drenos, para se atingir os
mesmos objetivos mencionados no item anterior.
A utilizao da tcnica no Brasil freqente, podendo ser encontradas referncias na
literatura em Almeida et al. (2001) e Bedeschi (2004), entre outros. Igualmente, h vrios
casos relatados de emprego desta soluo no exterior (Moh e Lin, 2005; Indraratna et al.,
2005; Bergado et al., 1996; entre outros).
25
2.2.4. ATERRO SOBRE ESTACAS E COM REFORO DE GEOGRELHA
No aterro sobre estacas com reforo de geogrelhas utilizam-se capitis para transferir a
carga do aterro para as estacas e para camadas de solo com maior capacidade de carga. As
geogrelhas so utilizadas na base do aterro para redistruibuir os esforos para as estacas. Seu
esquema tpico est mostrado na figura 2.6.
Figura 2.6 Esquema tpico de um aterro estaqueado reforado com geogrelha.
No clculo da transmisso dos esforos s estacas e geogrelha, considera-se o efeito
de arqueamento dos solos descrito por Terzaghi (1943). Trata-se da transferncia de tenses
tangenciais da poro de solo com maior deformao para a poro adjacente com menor
deformao, que serve de elemento de suporte (ABNT, 1995). Hewlett e Randolph (1988)
mostraram que a eficcia do arqueamento aumenta com o aumento da altura de aterro, com
conseqente distribuio do carregamento para os capitis/estacas.
Uma abrangente reviso bibliogrfica foi realizada por Spotti (2006) para estudar e
analisar o atual estado da arte sobre os mtodos de dimensionamento de aterros estaqueados
reforados.
A tcnica apresenta como principal vantagem a significativa reduo dos recalques
construtivos quando comparados a obras de aterros convencionais ou sobre drenos verticais.
Os recalques associados tcnica so referentes deformao da geogrelha (figura 2.7) e,
portanto, muito menores do que os de adensamento em aterros convencionais.
26
Figura 2.7 Recalque no topo da camada de aterro (Almeida et al., 2008).
Outro fator importante a diminuio do tempo de execuo do aterro, j que no h
necessidade de aguardar a dissipao do excesso de poropresso e conseqente mobilizao
da resistncia na argila mole para o alteamento do aterro, podendo este ser feito em uma s
etapa, j que no h preocupao com a instabilidade da argila mole.
As desvantagens da tcnica esto relacionadas aos custos dos equipamentos
necessrios cravao das estacas e confeco dos capitis, bem como ao custo da aquisio
e instalao da geogrelha e ao convvio com os recalques apresentados na figura 2.7.
Um estudo de viabilidade econmico-financeira deve ser realizado a fim de se obter
uma real comparao entre os aterros sobre drenos e os sobre estacas. Esse estudo deve levar
em conta, alm dos custos de construo e manuteno ps-construtiva, as receitas previstas
quando da utilizao do local para as suas atividades finalsticas. Isso faz com que o resultado
da anlise varie com o empreendimento a ser realizado no local do aterro, sem que haja uma
resposta nica para todos os casos.
H grande aplicabilidade da tcnica em aterros ferrovirios, tanto em implantaes de
vias novas, quanto em duplicaes de existentes, em funo da minimizao dos recalques
ps-construtivos, que podem gerar instabilidade do material rodante em funo das condies
geomtricas via. As ferrovias modernas de alta velocidade toleram recalques muito pequenos,
27
em funo do impacto que deformaes na via podem causar ao material rodante e
operao. Tomando-se como exemplo a especificao do projeto de implantao de via dupla
ligando Ipoh a Rawang, na Malsia, com comprimento aproximado de 150km, e que, por
motivos geomtricos, apresentava aterros variando de 2 a 11m de altura (Raju et al., 2004):
Recalque ps-construtivo mximo de 25mm aps perodo de 6 meses de
operao comercial da via;
Recalque diferencial mximo de 10mm em 10m de comprimento de via
(1:1000), medido ao longo do centro do aterro;
Fator de segurana global mnimo do aterro FS=1,4 para etapas construtivas
intermedirias e FS=1,5 para a ltima etapa construtiva.
No captulo 5 sero analisados os recalques totais de um aterro projetado para uma
regio de uma ferrovia de carga. Apesar de tanto a finalidade quanto as caractersticas de
operao de uma ferrovia de alta e uma de baixa velocidades serem completamente distintos,
o valor H=25mm servir de referncia para os valores a serem mostrados no captulo 5.
Spotti (2006) mostra exemplos de aplicao da tcnica em diversos pases, tanto em
obras rodovirias (Austrlia, Panam, Inglaterra e Holanda), ferrovirias (Alemanha, Malsia
e Brasil), aeroporturias (Inglaterra) e urbanas (Brasil). No Brasil, a obra ferroviria citada
de um trecho da Ferronorte em Chapado do Sul, MS (figura 2.8), onde foi executado um
aterro de 7 a 8m de altura, com utilizao de micro estacas de ao auto-perfurantes de 7,3cm
de dimetro, 8 a 10m de comprimento, em malha quadrada, com capitis pr-moldados de
concreto e 1 camada de geogrelha de polister com 400kN/m.
28
Figura 2.8. Estacas metlicas e capitis de concreto em aterro ferrovirio sobre solo mole
(Spotti, 2006).
2.2.5. ATERRO SOBRE LAJE DE CONCRETO ARMADO E ESTACAS
Os aterros sobre laje e estacas so compostos por uma laje plana executada sobre uma
malha de estacas com capitis (laje cogumelo).
So muito semelhantes aos estaqueados reforados com geogrelha, possuindo as
mesmas vantagens em relao aos aterros convencionais quanto a recalques, prazo de
execuo e estabilidade do aterro. As desvantagens de sua utilizao tambm se referem aos
custos do material, equipamento e execuo, que devem ser comparados em um estudo de
viabilidade, conforme mencionado no item anterior.
Comparada com a geogrelha, a laje de concreto armado apresenta vantagem de no
apresentar risco de deformaes ou trincamentos do aterro a mdio e longo prazo. Outra
vantagem da laje de concreto o enrijecimento (engastamento) que propicia cabea das
estacas, favorecendo o equilbrio de cargas horizontais na periferia e afastando, em definitivo,
o risco de flambagem das mesmas, desde que executadas com ateno quanto ao alinhamento
e s excentricidades (Sandroni, 2006).
29
2.2.6. COLUNAS DE BRITA
Denomina-se vibrosubstituio a tcnica usada para melhorar solos arenosos com mais
de 15% de finos (Raju et. al., 2004) e solos coesivos, como siltes e argilas. Neste mtodo,
colunas de brita so instaladas no solo mole (ou fofo) com o uso de um vibrador profundo. A
sequncia de execuo em solos saturados mostrada na figura 2.9: (1) Posiciona-se o
equipamento no local e carrega-se o silo com a brita; (2) o silo sobe e descarrega a brita na
cmara prpria no topo do vibrador; (3) o vibrador penetra o solo mole at a produndidade de
projeto, atravs de vibraes, ar comprimido e esforo vertical para baixo; (4) na
profundidade desejada, a brita liberada e compactada por pequenos movimentos do vibrador
para cima e para baixo; (5) com adio da brita necessria em cada estgio do processo
construtivo, cria-se uma coluna de brita ntegra, intertravada e integrada ao solo circundante,
que vai desde a camada resistente at a superfcie.
Figura 2.9 Sequncia de execuo de coluna de brita em solo mole saturado (McCabe et al., 2007)
O dimetro da coluna formada depende das condies de confinamento do solo. Raju
et al. (2004) cita que, em geral, as colunas possuem dimetro de 70cm a 110cm.
O mtodo de clculo mais utilizado para dimensionamento do espaamento da malha
de colunas, bem como do recalque estimado ps-tratamento, o de Priebe (1995), e que tem
se mostrado funcionar muito bem para a maioria das aplicaes (McCabe et al., 2007). Outros
mtodos usualmente utilizados so os de Baumann & Bauer (1974) e Goughnour & Bayuk
(1979).
30
Segundo Almeida (1996), o principal objetivo do tratamento por vibrosubstituio
produzir uma malha de colunas granulares que atuem como estacas relativamente rgidas
assentes na camada subjacente e em condies de absorver grande parte da carga transmitida
pelo aterro ao solo mole. Por conseguinte o mtodo apresenta menores deslocamentos
horizontais e verticais do aterro em comparao a um aterro convencional ou sobre drenos. As
colunas granulares tambm promovem a dissipao de poropresses por drenagem radial,
acelerando os recalques. Finalmente, elas aumentam a resistncia ao cisalhamento da massa
de solo de fundao, permitindo a construo de aterros mais altos ou com maiores fatores de
segurana.
Exemplos de aplicao da tcnica em diversas ferrovias na sia podem ser
encontrados em Raju et al. (2004). No Brasil, a tcnica ainda incipiente.
2.3. INVESTIGAES GEOTCNICAS
A execuo de um programa de caracterizao geotcnica ou um programa de
investigao geotcnica objetiva determinar as condies geolgicas, geotcnicas, hidrulicas
e outras informaes relevantes a um determinado projeto de engenharia. (Coutinho, 2008)
As investigaes geotcnicas podem ser de laboratrio ou de campo (in situ). Ensaios
de laboratrio incluem aqueles que testam os elementos (corpos de prova) dos materiais, tais
como ensaios triaxiais e aqueles que testam modelos prottipos, tais como ensaios de
centrfuga. Ensaios de campo incluem sondagem, amostragem, ensaios in situ, ensaios em
verdadeira grandeza e ensaios geofsicos. (Coutinho, 2008)
Investigao insuficiente, interpretao inadequada dos resultados e falha em
descrever as informaes obtidas de forma clara e objetiva tem contribudo para diversos
problemas de projeto e de construo. (Coutinho, 2008)
Maiores detalhes do processo de caracterizao geotcnica podem ser visto em Becker
(2001), Clayton et al. (1995), Gomes Correia et al. (2004), Schnaid (2005, 2008), Powell
(2005), Viana da Fonseca e Coutinho (2008). Informaes sobre qualidade de amostragem
podem ser encontradas em Ladd (1973), Coutinho (1976, 1986, 2007); Hight (2000); Hight e
Leroueil (2003), Tanaka (2008).
31
2.4. INSTRUMENTAO
Seja qual for a tcnica escolhida, fundamental realizar instrumentao para avaliar o
desempenho da tcnica. Os objetivos de um programa de instrumentao so acompanhar
movimentaes verticais e horizontais, monitorar amplitude e velocidade de dissipao das
poropresses e monitorar a estabilidade dos aterros.
A instrumentao a ser empregada em cada caso varia com a importncia e a
complexidade do problema, podendo ser empregados piezmetros, placas de recalque,
extensmetros, inclinmetros e referncias de nvel. Deve existir acompanhamento de equipe
especializada na instalao e leitura dos resultados da instrumentao, que devem ser
analisados por profissional experiente, que verificar se h variao entre o comportamento
previsto e o ocorrido.
O plano de monitoramento deve estabelecer claramente a localizao dos instrumentos
e os procedimentos de instalao, bem como os parmetros de alerta. Sempre que possvel,
deve-se prever redundncia para as leituras. Desta forma, possvel comparar os valores lidos
e no h perda de informao em caso de falha de um dos instrumentos.
32
3 ENSAIOS GEOTCNICOS ANALISADOS
O objetivo deste captulo apresentar o resultado dos ensaios utilizados para a
caracterizao geotcnica do depsito estudado. Trata-se da duplicao de um trecho de uma
ferrovia brasileira, onde se encontra um depsito de argila muito mole de grande espessura, o
que exige um estudo aprofundado das possveis solues geotcnicas a serem utilizadas no
local.
3.1. ENSAIOS REALIZADOS
Os ensaios foram realizados em amostras coletadas do km 18+340 ao km 22+360 da
Estrada de Ferro Carajs, para o projeto bsico da duplicao da via nesse trecho, onde o solo
de baixa consistncia.
Das investigaes geotcnicas realizadas para o projeto de 1978 e que esto hoje
disponveis e puderam ser consultadas, foram aproveitados apenas os ensaios de
caracterizao (granulometria com sedimentao, limites de liquidez e plasticidade, massa
especfica das partculas e umidade natural) e os ensaios de palheta (vane test VT) . Os
laudos de sondagens a trado (ST), percusso (SP) e rotativas mistas (SPR) no foram
fornecidos e, portanto, no puderam ser consultados. Os ensaios de adensamento de 1978
foram descartados, pois as tcnicas utilizadas quela poca eram precrias comparadas com as
atuais, causando amolgamento excessivo das amostras, e conseqente falta de confiabilidade
dos resultados.
Em virtude dessa escassez de resultados, foram necessrias novas investigaes
geotcnicas para elaborao do Projeto Bsico de Duplicao, realizadas recentemente. Este
estudo baseou-se nos resultados de tais investigaes, que podem ser divididas em estudos de
campo e de laboratrio. Em campo foram executados:
33
a) 40 sondagens a percusso (SP), entre o km 18+000 e o km 22+260;
b) 26 sondagens a trado (ST), entre o km 18+740 e o km 19+120;
c) 14 ensaios de piezocone (CPTu), associados a 25 ensaios de dissipao
de poro presses (DPP), entre o km 18+465 e o km 19+960;
d) 33 ensaios de vane test (VT) (13 locais), entre o km 18+740 e o km
22+200.
Foram retiradas e encaminhadas para laboratrio 16 amostras tipo Shelby, com 4 de
dimetro, com as quais foram realizados os seguintes ensaios geotcnicos:
a) 15 ensaios de adensamento;
b) 29 ensaios de compresso simples;
c) 16 ensaios de granulometria com sedimentao;
d) 16 ensaios de massa especfica das partculas;
e) 15 ensaios de limites de consistncia (LL e LP);
f) 16 determinaes de teor de umidade e peso especfico natural.
3.2. PERFIS GEOTCNICOS
Em funo das alternativas construtivas adotadas poca da implantao da ferrovia,
o perfil geotcnico apresenta significativas diferenas ao longo do trecho estudado.
No trecho em que as alturas de aterro eram maiores do que 5,2m, optou-se por
remover totalmente as camadas de solos moles e substitu-las por areia. Esta alternava foi
adotada entre o km 18+340 e o km 19+440, onde as alturas de aterro variam entre 8,9m e
5,2m (diminuindo no sentido crescente da quilometragem). O perfil geotcnico tpico e a
seo transversal do aterro adotado para esse trecho esto mostrados na figura 3.1.
34
Figura 3.1 Seo transversal e perfil geotcnico tpicos do trecho onde houve remoo total
da camada mole do solo.
Nos locais onde a altura de aterro era menor do que 5,2m, optou-se por executar o
aterro sobre a camada mole e aguardar sua estabilizao por adensamento. Esta foi a
alternativa adotada entre o km 19+440 e o km 22+360, onde os aterros possuem entre 5,2m e
2,0m. Foram utilizadas sobrecargas para abreviar o tempo de ocorrncia, e bermas de
equilbrio, para garantir a estabilidade do aterro. O perfil geotcnico tpico e a seo
transversal do aterro adotado para esse trecho esto mostrados na figura 3.2.
Figura 3.2 Seo transversal e perfil geotcnico tpicos do trecho onde no houve remoo
da camada mole do solo.
3.3. RESULTADO DOS ENSAIOS DE LABORATRIO E CAMPO
Os resultados dos ensaios de laboratrio e campo so apresentados na Tabela 3.1.
35
Tabela 3.1 - Resumo dos resultados dos ensaios geotcnicos recentes realizados na camada de argila mole do trecho em estudo
Amostras Shelby ndices fsicos das amostras indeformadas Limites de
consistncia Adensamento
Resistncia no-drenada Su (kPa)
km Afast.
LE (m) Prof. (m) w0 (%)
nat
(kN/m3)
s
(kN/m3)
G
(kN/m3) e0
wL
(%)
wP
(%) IP (%)
'pa
(kPa) Cr Cc CP1 CP2 CP3
18+740 60 3,0 a 3,5 73,9 14,4 8,3 27 2,27 47 24 23 60 0,15 1,17 20,6 18,4 17,3
18+740 60 5,0 a 5,5 40,3 17,1 12,2 26,9 1,2 34 15 19 44 0,05 0,41 10,2 11 13
18+800 55 2,0 a 2,5 95,3 14,4 7,4 29,9 3,03 89 35 54 76 0,21 1,49 19,1 17,5 21,2
18+800 55 4,0 a 4,5 104,4 13,9 6,8 27,2 2,99 83 31 52 41 0,2 1,34 16,9 5 -
19+000 55 2,0 a 2,5 99,5 13,6 6,8 25 2,68 73 27 46 30 0,15 1,28 9,4 9,1 7,4
19+000 55 3,0 a 3,5 72,2 15,3 8,9 28,1 2,16 54 25 29 28 0,06 0,72 10,9 4,5 -
19+200 50 3,0 a 3,5 -
27,2 - 35 20 15 - - - - - -
19+400 50 2,5 a 3,0 70,4 16,2 9,5 26,4 1,78 43 20 23 20 0,08 0,61 11,4 10,7 -
19+800 30 2,5 a 3,0 33,6 16,8 12,6 27,5 1,19 - - - 40 0,07 0,29 - - -
20+200 20 2,0 a 2,5 67,5 15,7 9,4 27,2 1,89 41 17 24 31 0,09 0,76 13,6 11,4 10,1
20+800 15 2,5 a 3,0 125 14,2 6,3 27,6 3,41 92 31 61 36 0,18 1,45 12 7,5 5,7
20+800 15 4,0 a 4,5 68,7 16 9,5 28,9 2,04 48 22 26 70 0,1 0,95 - - -
21+600 15 2,0 a 2,5 108 13,3 6,4 27 3,23 77 30 47 41 0,23 1,47 11,6 11,3 9,6
21+600 15 4,0 a 4,5 51,9 15,8 10,4 27,4 1,63 36 21 15 32 0,06 0,5 - - -
22+000 15 2,0 a 2,5 123,3 13,6 6,1 27,2 3,46 91 31 60 20 1,46 0,22 - - -
22+000 15 3,0 a 3,5 78,7 15,2 8,5 28,3 2,32 58 24 34 31 0,1 0,98 11,1 10 -
w0: umidade natural nat : peso especfico aparente natural s : peso especfico aparente seco
G: peso especfico prprio e0: ndice de vazios wL: limite de liquidez wP: limite de plasticidade IP: ndice de plasticidade 'pa: tenso de sobreadensamento Cr: coeficiente de recompresso Cc: coeficiente de compresso CP: corpo de prova
36
A tabela 3.2 mostra os valores de coeficiente de adensamento vertical (cv) obtidos nos
ensaios.
Tabela 3.2 Resultados de cv obtidos nos ensaios de adensamento de laboratrio
km Afast. LE (m) Prof. (m) cv (m2/s)
19+000 55 2,0 a 2,5 8,00E-09
19+000 55 3,0 a 3,5 7,40E-08
19+400 51 2,5 a 3,0 2,10E-07
19+800 30 2,5 a 3,0 2,90E-07
20+200 20 2,0 a 2,5 2,00E-07
20+800 16 2,5 a 3,0 1,10E-08
20+800 16 4,0 a 4,5 9,00E-08
3.4. GRFICO DE PLASTICIDADE
Os limites de liquidez e de plasticidade dos solos so determinados em laboratrio
atravs de ensaios relativamente simples, fornecendo informaes sobre a natureza dos solos
coesivos. A partir de suas propriedades, busca-se classificar os solos em categorias que
apresentem comportamentos semelhantes. Uma das relaes mais conhecidas entre ndices
fsicos o Sistema Unificado de Classificao de Solos (SUCS).
Segundo Das (2007), a forma original do SUCS foi proposta por Casagrande em 1942
para uso nos trabalhos de construo de aeroportos sob responsabilidade do U. S. Army Corps
of Engineers durante a Segunda Guerra Mundial. Em cooperao com o U. S. Bureau of
Reclamation, esse sistema foi revisto em 1952. Apesar de ter sido criado a partir do estudo de
solos de regies temperadas, o SUCS sugere parmetros que podem ser coerentemente
analisados e adaptados para a situao dos solos tropicais do Brasil. Esse sistema classifica os
solos em duas amplas categorias: solos grossos e solos finos. O foco deste estudo era apenas a
frao fina do solo, a ser analisada a partir do grfico de plasticidade.
No grfico de plasticidade, a linha A, de equao IP=0,73(wL-20), uma fronteira
arbitrria proposta por Casagrande para separar as argilas inorgnicas (acima da linha) dos
siltes inorgnicos (abaixo dela). As argilas orgnicas podem aparecer tanto acima quanto
abaixo da linha A. As argilas e siltes so ainda divididas em alta e baixa plasticidade de
acordo com o limite de liquidez wL, atravs da linha B. Os solos de baixa plasticidade ficam
esquerda da linha B, enquanto os solos de alta plasticidade ficam sua direita. A linha
37
U, de equao IP=0,9(wL-8), representa o limite admissvel dos resultados, e qualquer
ponto localizado acima dela apresenta fortes indcios de falha na caracterizao, devendo ser
revisto.
A figura 3.3 mostra o resultado dos ensaios de caracterizao no grfico de
plasticidade.
Figura 3.3 Grfico de plasticidade das amostras de argila mole estudadas
A figura 3.3 mostra que os solos ensaiados correspondem a argilas de baixa a alta
plasticidade.
3.5. CORRELAES ENTRE PARMETROS
O estudo das correlaes existentes entre os parmetros geotcnicos do solo
importante, entre outras coisas, para possibilitar a estimativa de um parmetro de difcil
obteno em ensaio atravs de outro mais facilmente conseguido em campanhas de ensaios.
O coeficiente de compresso (Cc) para o clculo do recalque de campo provocado pelo
adensamento de uma argila mole um exemplo de parmetro de difcil obteno, uma vez
que obtido a partir do resultado do ensaio de adensamento. Tal ensaio requer cuidados
38
especiais com a amostra de argila mole na sua obteno, transporte, armazenamento e
execuo do ensaio, a fim de evitar amolgamento da amostra, o que falsearia o resultado do
ensaio. Por outro lado, um parmetro de fcil obteno a umidade natural do solo (w0),
conseguida atravs do ensaio de umidade, que pode ser realizado com a amostra amolgada.
possvel a obteno de uma correlao entre Cc e w0, uma vez que ambos os
parmetros so controlados pela composio e estrutura do solo, os quais, por sua vez,
controlam tanto o ndice de vazios (e0) quanto a compressibilidade na faixa normalmente
adensada (Terzaghi et al., 1996).
A partir dos dados da tabela 3.1, buscou-se uma correlao entre tais parmetros,
sendo apresentada na figura 3.4. O ponto triangular foi descartado da anlise, por apresentar
fortes indcios de erro de amostragem ou de execuo de ensaio. Para fins de comparao,
foram inseridas na mesma figura as correlaes obtidas por Futai et al. (2008) em seus
estudos com argilas orgnicas marinhas da regio metropolitana do Rio de Janeiro, bem como
as obtidas por Almeida et al. (2008), incluindo resultados de ensaios realizado em amostras de
argilas orgnicas marinhas da regio oeste da cidade do Rio de Janeiro.
Figura 3.4 Curva de correo entre coeficiente de compresso e umidade natural
A semelhana das curvas obtidas mostra que para as argilas brasileiras h pouca diferena na relao do coeficiente de compresso com a umidade natural do solo.
39
4 FORMULAO DO MODELO GEOTCNICO
Os resultados dos ensaios em uma regio podem ser mais ou menos dispersos,
dependendo da homogeneidade ou heterogeneidade do depsito, sua origem, os agentes
externos que atuaram durante sua formao, as tenses s quais ele foi submetido, entre
outros fatores. Assim, aps uma campanha de ensaios, fundamental uma avaliao dos
resultados e a adoo de valores de parmetros de projeto, que sero adotados nos clculos a
serem realizados.
O critrio para adoo desses valores varivel de acordo com a experincia do
projetista. Para os casos de pouca variabilidade dos resultados, pode ser adotada a mdia dos
valores. Entretanto, no caso de grande variabilidade, deve-se buscar uma estimativa que,
estando a favor da segurana, no seja demasiadamente conservadora a ponto de inviabilizar a
obra em prazo ou custo.
O objetivo deste captulo apresentar a formulao de um modelo geotcnico a partir
dos resultados dos ensaios mostrados no captulo 3. O modelo ser formulado atravs dos
valores mdios de projeto de cada um dos parmetros importantes para a anlise do recalque,
da estabilidade e do prazo da construo de um aterro sobre o solo mole estudado.
4.1. NDICE DE VAZIOS
O solo um material constitudo por partculas slidas permeadas por vazios que
podem estar preenchidos por gua ou ar. Denomina-se ndice de vazios (e0) de um solo
razo entre o volume de vazios e o volume ocupado pela parte slida. No cabe a este
trabalho relatar as tcnicas de ensaio utilizadas para se obter tal ndice.
A figura 4.1 mostra o perfil do ndice de vazios do local ensaiado, com a indicao dos
valores adotados para os clculos das etapas posteriores do trabalho, em cada faixa de
profundidade.
40
Figura 4.1 Perfil de ndice de vazios do trecho estudado
4.2. COMPRESSIBILIDADE
As argilas moles, em virtude do seu elevado ndice de vazios, so muito
compressveis. Quando submetidas a carregamentos superiores sua tenso de
sobreadensamento (maior tenso qual j estiveram submetidas), apresentam recalques que
devem ser adequadamente avaliados, a fim de se obter uma boa estimativa de projeto, e poder
tomar as medidas necessrias em resposta a esses deslocamentos verticais.
A compressibilidade de uma argila mole medida atravs do parmetro Cc/(1+e0), que
diretamente proporcional ao valor do recalque e aparece na expresso simplificada do
recalque primrio unidimensional, como a seguir:
onde H: recalque primrio H0: espessura inicial da camada considerada 0': tenso efetiva atuante inicial : variao da tenso efetiva por ocasio do carregamento
Presente estudo
41
A figura 4.2 mostra o perfil de compressibilidade do trecho estudado, bem como os
valores adotados para projeto em cada faixa de profundidade.
Figura 4.2 Perfil de compressibilidade e valores de projeto do trecho estudado
4.3. PESO ESPECFICO NATURAL
Peso especfico natural (nat) a razo entre o peso do solo e o seu volume, na
umidade em que se encontra na natureza. A figura 4.3 mostra o perfil do peso especfico
natural obtido nos ensaios realizados no trecho em estudo, bem como o valor adotado para o
modelo a ser utilizado nas anlises a serem realizadas.
Presente estudo
42
Figura 4.3 Perfil de peso especfico natural do trecho estudado
4.4. RESISTNCIA NO-DRENADA
A resistncia no-drenada (Su) de argilas saturadas a resistncia ao cisalhamento do
solo quando este submetido a um carregamento sem que haja tempo de haver drenagem. Sua
determinao importante para a verificao da estabilidade de projetos de obras sobre
argilas saturadas compressveis.
A figura 4.4 mostra o perfil da resistncia no-drenada obtido nos ensaios de palheta
realizados no trecho em estudo, bem como o valor base adotado para o modelo.
Presente estudo
43
Figura 4.4 Perfil mdio de resistncia no-drenada do trecho estudado
Bjerrum (1972) estudou rupturas de aterros, fundaes rasas e escavaes e concluiu
que o valor de Su obtido pelo ensaio de palheta era mais elevado que o obtido nas
retroanlises de rupturas, e por isto o valor obtido no campo deveria ser corrigido para o
projeto atravs da expresso
onde um fator de correo que pode ser expresso por
Assim, para o estudo em questo, com os ensaios indicando IP mdio prximo de 50%,
adotou-se o fator de correo = 0,8, obtendo-se Su estudo = 8kPa.
Presente estudo
44
4.5. COEFICIENTE DE ADENSAMENTO VERTICAL
O coeficiente de adensamento vertical (cv) um valor experimental que indica a
velocidade com a qual h a dissipao de poropresses no solo. Seu valor diretamente
proporcional permeabilidade do solo, e pode ser obtido atravs de diferentes formas:
a) No ensaio de adensamento, sendo chamado de cv normalmente
adensado (cv n.a.);
b) No ensaio de piezocone, sendo obtido o coeficiente de adensamento
horizontal (ch) e, atravs de correlaes, obtm-se o cv sobreadensado (cv
s.a.);
c) Atravs da retroanlise da curva de recalque de aterros instrumentados,
sendo tambm chamado de cv normalmente adensado.
Os valores de cv apresentados na tabela 3.1 se referem a ensaios de adensamento e a
valores normalmente adensados. A figura 4.5 mostra o perfil do coeficiente de adensamento
vertical obtido a partir dos resultados dos ensaios realizados no trecho em estudo, juntamente
com o valor adotado para o modelo geotcnico do local.
Figura 4.5 Perfil do coeficiente de adensamento vertical do solo
Presente estudo
45
4.6. MODELO GEOTCNICO
As anlises dos resultados dos ensaios levaram aos parmetros que sero adotados no
modelo geotcnico, conforme mostrado na figura 4.6.
Profundidade (m)
nat (kN/m3)
Cc/(1+e0) e0 cv
(m2/s) Su (kPa)
1
15 0,3 2,5
7,0E-08 8
2 3 4 5
0,18 1,5 6
Figura 4.6 Parmetros geotcnicos utilizados na anlise
46
5 ANLISE DO MODELO GEOTCNICO
O objetivo deste captulo apresentar a anlise de alternativas de projeto de um aterro
sobre drenos verticais e de um aterro estaqueado reforado com geogrelha, ambos
considerando os parmetros geotcnicos apresentados no captulo 4.
5.1. ATERRO SOBRE DRENOS VERTICAIS
A primeira alternativa construtiva analisada foi o aterro construdo sobre drenos
verticais. Conforme mencionado no captulo 2 deste trabalho, essa alternativa consiste na
cravao de geodrenos no solo a ser drenado, com posterior execuo do aterro em etapas
espaadas em um perodo de tempo que permita a dissipao do excesso de poropresso
gerada pela construo do aterro.
5.1.1. PREVISO DE RECALQUES
O clculo dos recalques primrios foi feito com o auxlio de uma planilha eletrnica,
que possibilitou as iteraes necessrias para a considerao do efeito de submerso do aterro
embutido, uma vez que o nvel dgua do terreno elevado (0,5m abaixo da superfcie). O
recalque primrio calculado para a altura de aterro de 9,0m foi H=1,89m.
O clculo do recalque secundrio foi baseado na expresso de Martins et al. (1997)
Com isso, chegou-se ao valor de Hsec=0,24m. No foram encontradas especificaes
para recalque ps-construtivo limite nas ferrovias de carga brasileiras. Uma vez que se deseja
minimizar os recalques secundrios ps-construtivos, ser adotada uma sobrecarga de 3,5m,
capaz de pr-adensar o aterro e minimizar os recalques secundrios.
47
Os valores previstos para os recalques primrio e secundrio so elevados para
operaes ferrovirias, tornando-se necessria a estabilizao do aterro, ou seja, deve-se
aguardar o tempo necessrio para que no mnimo 95% dos recalques previstos ocorram. O
aterro ser calculado para ser realizado em 4 etapas, com intervalo entre elas tal que a
dissipao de poropresses possa ser de, no mnimo, 80%. Isso permitir um ganho de
resistncia da argila mole, possibilitando o alteamento da prxima etapa do aterro sem que
haja comprometimento do fator de segurana quanto a rupturas globais. A espessura de cada
etapa e o seu recalque esto mostrados na tabela 5.1.
Tabela 5.1 Espessura, recalque e cota final das etapas construtivas Etapa Espessura (m) Recalque (m) Cota final (m)
1 3,80 1,20 2,60 2 3,70 0,46 5,84 3 3,60 0,28 9,16 4 3,54 0,20 12,50
Remoo -3,50 - 9,00
A carga do lastro, dormentes e trilhos inferior tenso de pr-adensamento gerada
pela sobrecarga aplicada, fazendo com que no haja recalques quando da construo do
pavimento. O efeito dinmico da carga de trfego no foi considerado para o clculo do
recalque primrio, mas parmetro fundamental para a anlise de estabilidade, como ser
mostrado no item 5.1.2.
5.1.2. PRAZO CONSTRUTIVO
Para clculo do prazo construtivo, deve-se considerar o tempo para alteamento do
aterro e o tempo necessrio para dissipao das poropresses. Para o alteamento do aterro,
foram previstos os tempos conforme a tabela 5.2.
O clculo do tempo para dissipao das poropresses foi feito considerando drenagem
combinada (vertical e radial). A drenagem dupla, uma vez que o perfil geotcnico mostra
presena de areia sob a camada de argila. A drenagem radial por drenos fibroqumicos
verticais, considerados em malha triangular com espaamento de 1,5m, dimetro de
contribuio de=1,575m e dimetro equivalente dw=0,0525m. Foram obtidos os valores de
tempo de dissipao de poropresses mostrados na tabela 5.3.
48
Tabela 5.2 Tempo de construo e dissipao de poropresses das etapas construtivas
Etapa Tempo de
construo (ms) Tempo de dissipao de
poropresses (ms) 1 1,0 4,0 2 0,5 4,0 3 0,5 4,0 4 0,5 4,0
Remoo 0,25 - Pavimento 0,25 - Subtotal 3,0 16,0
Dos tempos referidos na tabela 5.2, apenas os de construo so variveis em funo
da quantidade ou produtividade das equipes de terraplenagem utilizadas na obra. Isso mostra
que cerca de 85% do tempo necessrio para a alternativa executiva independente da fora de
trabalho disponvel.
A curva do recalque em funo do tempo est mostrada na figura 5.1.
Figura 5.1 Curva tempo x recalque, com as etapas de carregamento do aterro e os valores de
dissipao de poropresses.
49
5.1.3. ANLISE DE ESTABILIDADE
O modelo adotado para a anlise da estabilidade mostrado na figura 5.2. O perfil
aterro e material de fundao simtrico, sendo suficiente a verificao da estabilidade em
apenas uma das faces do talude. Para possibilitar a execuo de todas as camadas, foi preciso
calcular a largura da base do aterro necessria para que o mesmo pudesse atingir a cota final
da etapa 4 com largura de 3,0m, suficiente para que os equipamentos de terraplenagem
pudessem trabalhar. Considerando a soma das espessuras e recalques ocorridos at a
construo da etapa 4, e garantindo uma inclinao de talude de 1V:1,5H, chegou-se
necessidade de uma largura de base do aterro na etapa 1 de 48m, sem considerar a berma, que
ser descrita posteriormente.
Cabe ressaltar que a campanha de ensaios foi realizada a um afastamento de 15m a
60m da via existente, uma vez que a premissa do projeto bsico era a da execuo de
duplicao com entrevia elevada. Tal condio foi adotada para evitar que os acrscimos de
tenses gerados pela construo do aterro de duplicao levassem a recalques na via existente,
o que obrigaria a paralisao no trfego para manutenes de via permanente, a fim de se
evitar acidentes.
Figura 5.2 Parmetros e geometria adotados para a anlise da estabilidade do aterro sobre
drenos verticais.
50
A anlise de estabilidade foi efetuada atravs dos mtodos de Bishop Simplificado
(equilbrio de momentos), Janbu Simplificado (equilbrio de foras) e Morgenstern-Price
(equilbrio de foras e momentos) (Abramson et al., 1995). Foram consideradas superfcies de
ruptura circulares, com pesquisas realizadas por software comercial, que apontou a superfcie
com fator de segurana (FS) mnimo. Para cada etapa, foram consideradas as situaes
extremas de segurana: fim do alteamento do aterro, quando o FS mnimo, e dissipao de
80% das poropresses, quando o FS mximo. O ganho de resistncia da argila ao final de
cada etapa foi calculado pela expresso proposta por Mesri (1975). Para foi considerada a
submerso do aterro e o percentual de adensamento ao final de cada etapa.
5.1.3.1. ETAPA 1
A primeira etapa ter espessura de 3,80m e ser realizada juntamente com uma berma
de equilbrio de 2,0m de altura e 15m de largura. A superfcie de ruptura e o FS ao final do
carregamento so mostrados na figura 5.3.
Figura 5.3 Superfcie de ruptura e FS para o final do carregamento da etapa 1
A dissipao das poropresses provoca o adensamento da argila, e o conseqente
recalque do aterro sobre ela executado. Conforme foi dito no item anterior, foram calculados
os FS para a dissipao de 80% das poropresses para cada uma das etapas. As anlises, neste
caso, levaram em conta a submerso do aterro gerado pelo seu recalque, bem como o ganho
Su=8kPa
51
de resistncia no-drenada da argila, constante com a profundidade, j que foram utilizados
drenos verticais. A figura 5.4 mostra o resultado dessa anlise.
Figura 5.4 Crculo de ruptura e FS da etapa 1 aps a dissipao das poropresses
5.1.3.2. ETAPAS 2 A 4
Para as etapas 2 a 4, foram efetuados os mesmos procedimentos descritos anteriores,
quais sejam:
a) alteamento do aterro na altura projetada;
b) verificao da condio de segurana para o final do carregamento da etapa;
c) considerao do recalque e do ganho de resistncia da argila;
d) verificao do FS para a dissipao de poropresses.
As figuras 5.5 a 5.7 mostram as condies geomtricas, a resistncia da argila, a
superfcie de ruptura e o fator de segurana para cada etapa do alteamento do aterro.
Su=18kPa Su=16kPa Su=8kPa
52
Figura 5.5 Superfcie de ruptura e FS para o final do carregamento da etapa 2
Figura 5.6 Superfcie de ruptura e FS para o final do carregamento da etapa 3
Figura 5.7 Superfcie de ruptura e FS para o final do carregamento da etapa 4
Su=18kPa
Su=31kPa
Su=45kPa
Su=16kPa Su=8kPa
Su=16kPa Su=26kPa
Su=18kPa Su=28kPa Su=31kPa
53
5.1.3.3. REMOO DA SOBRECARGA
Aps a dissipao das poropresses da etapa 4, ocorre a remoo da sobrecarga
utilizada para minimizar o recalque secundrio ps-construtivo. O clculo da estabilidade no
necessrio nesta etapa, uma vez que h alvio de carga nas fundaes do aterro. Entrentanto,
para fins didticos e comparativos, foi verificado o FS, chegando-se figura 5.8.
Figura 5.8 Crculo de ruptura e fator de segurana para a etapa de descarregamento
5.1.3.4. CARGA DO PAVIMENTO
Para considerao da carga do pavimento, foi aplicado um aterro de 20cm
correspondente ao lastro e, sobre ele, duas cargas pontuais de 175kN cada, correspondentes a
uma carga por eixo de 350kN, um pouco superior ao limite atualmente adotado na EFC, que
de 300kN/eixo. O resultado da anlise de estabilidade mostrado na figura 5.9.
Su=58kPa Su=31kPa Su=28kPa Su=18kPa
54
Figura 5.9 Superfcie de ruptura e FS para carga do pavimento e trfego ferrovirios
5.1.4. EVOLUO DO FATOR DE SEGURANA
Lanando-se todos os valores de FS obtidos nas anlises em um grfico que considere
o tempo para a construo dos aterros e dissipao das poropresses geradas, obtm-se a
figura 5.10. Ela mostra que, em nenhum momento o fator de segurana ficou abaixo do limite
estabelecido, que foi de FS=1,3 para as etapas intermedirias (1 a 3) e de FS=1,5 para a etapa
final.
Figura 5.10 Evoluo dos fatores de segurana para o aterro sobre drenos
Su=58kPa Su=31kPa Su=28kPa Su=18kPa
55
5.1.5. IMPACTO AMBIENTAL
O impacto ambiental gerado pela alternativa refere-se necessidade de material de
aterro para as etapas construtivas. A quantidade de material deve ser suficiente para executar
o corpo do aterro, as bermas e a sobrecarga, e ainda compensar o recalque do aterro que
sofrer submerso. Isso implica na localizao e legalizao de jazida de emprstimo capaz de
fornecer tal volume de material.
Por ser temporria, a sobrecarga deve ser disponibilizada em algum local apropriado
aps a sua utilizao. Isso deve ser considerado nos estudos de impacto ambiental, pois pode
ocorrer de no ser possvel o bota-fora na prpria jazida de emprstimo.
5.1.6. CUSTOS CONSTRUTIVOS
A avaliao dos custos construtivos foi efetuada levando-se em conta a aquisio e
execuo do volume de aterro necessrio (corpo do aterro, bermas, submerso e sobrecarga),
a aquisio e instalao dos geotxteis e geodrenos e os servios de monitoramento. Tal
avaliao se encontra na tabela 5.3.
56
Tabela 5.3 Estimativa de custos de construo do aterro sobre drenos verticais
Item Servios Unidade Quantidade Valor unitrio
(R$)
Valor do servio
(R$)
1 Mobilizao de equipamentos unid 1
18.000,00
18.000,00
2 Execuo de reforo com geotxtil 30x30 em 1 camada. Inclusive forneciamento do geotxtil.
m2 482.400
14,34
6.917.616,00
3 Execuo de colcho drenante de areia executado como aterro compactado mecanicamente, inclusive fornecimento de material. (Aterro de conquista)
m3 241.200
37,99
9.163.188,00
4 Instalao de drenos verticais pr-fabricados, em malha triangular de 1.5m de distncia, dimetro equivalente de 0.06 m, inclusive fornecimento dos drenos.
m 763.334
5,70
4.351.004,00
5 Aterro com material de primeira categoria, compactado a 95% do Proctor Normal. Inclusive fornecimento de material, DMT 4,0km. Considerado empolamento de 35%. (Etapas 1 a 4)
m3 2.756.916
12,27
33.827.359,32
6 Escavao, carga e transporte de material de primeira categoria, DMT 4km. (Remoo da sobrecarga)
m3 204.797
10,28
2.105.309,73
Total estimado R$
56.382.477,06
57
5.2. ATERRO SOBRE ESTACAS E REFORO DE GEOGRELHA
A outra alternativa construtiva considerada foi a construo do aterro sobre estacas de
concreto e com reforo de geogrelha. Conforme mencionado no captulo 2, trata-se de uma
tcnica que traz como principal vantagem a minimizao dos recalques, uma vez que a carga
do aterro no transmitida ao solo mole, mas diretamente camada de areia existente abaixo,
atravs de estacas de concreto.
5.2.1. DIMENSIONAMENTO
O aterro sobre estacas com reforo de geogrelha foi considerado com as dimenses
mostradas na figura 5.11.
Para dimensionamento das estacas foi utilizado o mtodo de Hewlett e Randolph
(1988). Alm das dimenses mostradas na figura 5.11, foram ainda considerados a sobrecarga
por trfego de 20kPa e a deformao mxima na geogrelha de 6,0%.
Figura 5.11 Dimenses consideradas para o aterro sobre estacas reforado com geogrelha
O clculo da eficincia da distribuio das cargas verticais mostra que o efeito de
arqueamento dos solos capaz de distribuir 67% da carga vertical para as estacas, enquanto
33% vai para a geogrelha, causando a solicitao e deformao da mesma. A figura 5.12
mostra o esquema da distribuio de cargas verticais para as estacas e o reforo.
2,5m
=18kN/m3
=25
2,5m
0,8m
0,3m
9m
58
Figura 5.12 - Distribuio da carga vertical para as estacas e o reforo
(Kempfert et al., 1997).
O resultado da anlise do dimensionamento das estacas e da geogrelha se encontra na
tabela 5.4.
Tabela 5.4 Parmetros de sada do dimensionamento das etacas e geogrelha
Carga na estaca 963 kN Trao atuante no reforo 251 kN/m
Com esses valores, h condies de entrar em contato com fornecedores para se
conseguir o material com as dimenses e resistncia necessrias para a resposta adequada em
campo.
5.2.2. PRAZO CONSTRUTIVO E IMPACTO AMBIENTAL
O prazo construtivo considerado para a cravao das estacas, instalao da geogrelha e
alteamento do aterro foi de 2,0 meses. Tal prazo varivel com a composio e produtividade
das equipes de estaqueamento, geossintticos e terraplenagem. Por haver baixo carregamento
da camada de argila, no h necessidade de se aguardar a dissipao das poropresses.
O impacto ambiental da alternativa construtiva se refere necessidade de jazidas de
emprstimo para o material do corpo do aterro. Como a tcnica no necessita de bermas de
equilbrio ou sobrecarga e no envolve submerso do aterro, o impacto ambiental menor do
que no caso dos aterros sobre drenos.
59
5.2.3. CUSTOS CONSTRUTIVOS
Para o clculo dos custos de construo, foram consideradas a aquisio dos materiais,
cravao das estacas, execuo dos capitis, instalao da geogrelha e execuo do corpo do
aterro. A estimativa dos custos construtivos do aterro sobre estacas com reforo de geogrelha
encontra-se na tabela 5.5.
60
Tabela 5.5 Estimativa de custos de construo do aterro sobre estacas com reforo de geogrelha
Item Servios Unidade Quantidade Valor unitrio
(R$)
Valor do servio
(R$)
1 Mobilizao de equipamentos unid 1
20.000,00
20.000,00
2 Execuo de reforo com geotxtil 30x30 em 1 camada. Inclusive forneciamento do geotxtil.
m2 201.000
14,34
2.882.340,00
3 Execuo de aterro de saibro executado como aterro compactado mecanicamente, inclusive fornecimento de material. (Aterro de conquista)
m3 241.200
37,99
9.163.188,00
4 Cravao de estacas de concreto pr-moldadas, carga de trabalho 100tf, seo quadrada 30x30. Inclusive fornecimento de estacas.
m 321.600
170,40
54.800.640,00
5 Capitis de concreto 80x80x20cm. Inclusive fornecimento do material m3 4.116
300,00
1.234.944,00
6 Execuo de reforo com geogrelha Fortrac 150x150kN/m, em 2 camadas. Inclusive forneciamento da geogrelha
m2 402.000
46,50
18.693.000,00
7 Aterro com material de primeira categoria, compactado a 95% do Proctor Normal. Inclusive fornecimento de material, DMT 4,0km. Considerado empolamento de 35%. (Etapas 1 a 4)
m3 956.760
12,27
11.739.445,20
Total estimado R$
98.533.557,20
61
6 CONCLUSES
No projeto geomtrico de uma ferrovia, deve-se evitar trechos a serem construdos
sobre depsitos de argilas muito moles. Quando isso no for possvel, deve ser realizado
amplo estudo geolgico-geotcnico no depsito encontrado, com ensaios de laboratrio
(caracterizao, adensamento, triaxiais, entre outros) e de campo (sondagens, palheta,
piezocone, entre outros), projetos bsico e executivo e monitoramento da soluo adotada. As
alternativas construtivas devem ser analisadas quanto tcnica (recalques construtivos e ps-
construtivos), prazos construtivos, exigncias ambientais (jazidas de emprstimo e bota-fora,
materiais utilizados) e custos (de construo e manuteno) associados.
Foram avaliadas duas alternativas de processos executivos de aterros de ferrovias
sobre solos moles para um determinado modelo geotcnico: aterro sobre drenos verticais e
aterro sobre estacas com reforo de geogrelha.
Quanto tcnica, o aterro sobre drenos verticais apresenta recalque primrio estimado
em 1,89m, valor este extremamente elevado em termos de operaes ferrovirias,
necessitando de ser estabilizado antes da via entrar em operao. O recalque secundrio foi
estimado em 0,24m, sendo elevado, uma vez que exigiriam diversas intervenes na via para
alteamento da grade e recompletamento do lastro. No foram encontradas especificaes de
recalques ps-construtivos limites para as ferrovias de carga brasileiras, mas servem como
parmetro de comparao o valor exigido por uma ferrovia de alta velocidade na Malsia,
onde os recalques ps-construtivos foram limitados a 0,025m (Raju et al., 2004).
Quanto ao prazo, o aterro estaqueado necessita de cerca de 2 meses para ser concludo,
prazo este que pode diminuir com o emprego de maior quantidade de equipes trabalhando
paralelamente. J o aterro sobre drenos requer cerca de 19 meses para estabilizao dos
recalques, e cerca de 85% desse prazo devido ao tempo necessrio para dissipaes das
poropresses geradas pelo alteamento do aterro, no sendo possvel a sua reduo pela
contratao de maior fora de trabalho.
Quanto ao impacto ambiental, a alternativa sobre drenos necessita de mais aterro pois,
alm do corpo do aterro, h ainda as bermas, a perda por submerso e a sobrecarga que,
apesar de ser temporria, tem de ser retirada e depositada em algum local, o que implica
impactos ambientais quanto a emprstimos e bota-foras.
62
As estimativas de custos construtivos realizadas mostraram que o aterro sobre drenos
custaria cerca de R$ 56 milhes, enquanto o aterro sobre estacas custaria aproximadamente
R$ 98 milhes.
Com a anlise, foi possvel concluir que, para ferrovias, a alternativa do aterro sobre
drenos somente ser possvel de ser implantada se a espessura e os parmetros geotcnicos
(umidade, coeficiente de compresso, ndice de vazios, coeficiente de adensamento vertical,
entre outros) da camada de argila mole forem tais que os recalques primrios e secundrios
possam ser estabilizados em sua totalidade antes da ferrovia entrar em servio. Caso contrrio,
a restrio tcnica do recalque aponta o aterro sobre estacas com reforo de geogrelha como
soluo.
Recomenda-se que estudos futuros sejam realizados com avaliao de outras
alternativas construtivas para aterros de ferrovias, como colunas de brita ou aterros sobre laje
de concreto armado e estacas.
63
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