Upload
doanque
View
216
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
EVOLUÇÃO DE RECALQUE EM OBRA DE DUPLICAÇÃO DE ATERRO
SOBRE SOLO MOLE - COMPARAÇÃO ENTRE INSTRUMENTAÇÃO E
MODELAGEM BIDIMENSIONAL PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS
FINITOS
Julia Gomes Pinto Carapiá
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia Civil da Escola
Politécnica, Universidade Federal do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de Enge-
nheiro.
Orientador
Alessandra Conde de Freitas
Marcos Barreto de Mendonça
Rio de Janeiro, Março de 2018
Evolução de recalque em obra de duplicação
de aterro sobre solo mole - comparação entre instrumentação e
modelagem bidimensional pelo método dos elementos �nitos
Julia Gomes Pinto Carapiá
PROJETODEGRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPODOCENTE DOCURSO
DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECES-
SÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Apresentado por:
Julia Gomes Pinto Carapiá
Aprovado por:
Prof. Alessandra Conde de Freitas, DSc.
Prof. Marcos Barreto de Mendonça, DSc.
Prof. Ana Cláudia Telles, MSc.
Prof. José Bernardino Borges, MSc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
Março de 2018
G P Carapiá, Julia
Evolução de recalque em obra de duplicação de aterro
sobre solo mole - comparação entre instrumentação e
modelagem bidimensional pelo método dos elementos
�nitos/ Julia G P Carapiá. � Rio de Janeiro: UFRJ/Escola
Politécnica, 2017.
xi, 87 p.: il.; 29, 7cm.
Orientador: Alessandra Conde de Freitas e Marcos
Barreto de Mendonça
Projeto de Graduação � UFRJ/Escola
Politécnica/Curso de Engenharia Civil, 2017.
Referências Bibliográ�cas: p. 85 � 87.
1. Aterro sobre solo mole. 2. Previsão de recalques.
i
Agradecimentos
Primeiramente, devo agradecer aos meus orientadores neste trabalho de conclu-
são do curso, Alessandra Conde Freitas e Marcos Barreto por terem me auxiliado
nas diretrizes deste projeto. Dedico aos meus pais, Eliane e Antonio, que sempre me
incentivaram a valorizar a educação e o conhecimento. Também dedico aos meus
avós , Regina e Antonio, que cuidaram de mim e do meu irmão durante os tempos
mais tranquilos e também os mais difíceis. Agradeço a todos que me acompanharam
e de alguma forma me conduziram até aqui: meus professores do curso de engenha-
ria civil, meus professores e amigos do ciclo básico, meus colegas e amigos, Diogo
e Adriano. Agradeço também áqueles que me ajudaram no processo desse projeto:
Fabio Silva, Felipe, Ludmila Teixeira e Gustavo.
ii
RESUMO
Evolução de recalque em obra de duplicação de aterro sobre solo mole -
comparação entre instrumentação e modelagem bidimensional pelo método dos
elementos �nitos
Julia Gomes Pinto Carapiá
Março/2018
Orientador: Alessandra Conde de Freitas, DSc.
Este trabalho teve por objetivo apresentar uma análise dos recalques ocorridos
durante a construção de um aterro sobre camada de solo mole. A obra consistiu na
construção de um aterro de ferrovia ao lado de um aterro pré-existente. Nesse estudo
foram comparados dados de deslocamento vertical obtidos pelo monitoramento de
recalque com dados de deslocamento resultantes de simulação feita através do pro-
grama PLAXIS 2D. Esse programa utiliza a abordagem de cálculo pelo método de
elementos �nitos.
Para comparação dos resultados foram avaliados a in�uência do aterro antigo,
variações na geometria do modelo e parâmetros do solo nos resultados obtidos.
Palavra-chave: aterros sobre solos moles, previsão de recalque, PLAXIS 2D
iii
ABSTRACT
Settlement evolution in duplication work of enbankmnet over Soft Soil -
comparison between instrumentation and two-dimensional modeling employing
Finite Element Mehod
Julia Gomes Pinto Carapiá
March/2018
Advisor: Alessandra Conde de Freitas, DSc.
This work aims to show a settlement analysis during an embankment construc-
tion on a soft soil. The construction was a railroad embankment next to a pre-
existent embankment. This study evaluated vertical displacement data of a section
settlement monitoring compared to the results of PLAXIS 2D program. It uses �nite
elements method approach to calculate the soil behaviour.
This works presents the evaluation of the pre-existent embankment in�uence,
model geometry variations and changes in soil's parameters in the results.
Key-words: embankment on soft soils, prediction of settlements, PLAXIS 2D
iv
Lista de Figuras
Figura 1.1: Localização da ferrovia (Google,2017 [17]) . . . . . . . . . . . . . 2
Figura 2.1: Técnicas de construção de aterros sobre solos moles (LEROUEIL,
1997 [19]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Figura 2.2: Esquema da câmara de ensaio triaxial (PINTO, 2006 [22]) . . . . 10
Figura 2.3: Envoltória de resistência obtida com resultado de ensaios de com-
pressão triaxial (PINTO, 2006 [22]) . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Figura 2.4: Aparelho de Casagrande (PINTO, 2006 [22]) . . . . . . . . . . . . 13
Figura 2.5: Método de obtenção do índice de plasticidade (MOLINA, 2017 [21]) 13
Figura 2.6: Esquema de determinação do volume dos sólidos pelo peso da
água deslocada no ensaio de peso especí�co dos grãos (PINTO,
2006 [22]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Figura 2.7: Exemplo de curva de distribuição granulométrica do solo (PINTO,
2006 [22]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Figura 2.8: Esquema de aplicação do ensaio edométrico [28] . . . . . . . . . . 16
Figura 2.9: Grá�co e x logσ′vm (MARTINS, 2016 [20]) . . . . . . . . . . . . . 17
Figura 2.10: Método Pacheco Silva (MARTINS, 2016 [20]) . . . . . . . . . . . 18
Figura 2.11: Grá�co utilizado para obtenção do coe�ciente de compressibili-
dade (FREITAS, 2016 [14]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
v
Figura 2.12: Relação entre os parâmetros de compressibilidade na compressão
con�nada (LAMBE e WHITMAN, 1969 [18]) . . . . . . . . . . . 20
Figura 2.13: Esquema de sensores de um piezocone (ALMEIDA e MARQUES,
2010 [5]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figura 2.14: Esquema de áreas um piezocone usadas para correção da resis-
tência de ponta (ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5]) . . . . . . . 22
Figura 2.15: Fator tempo T ∗ (HOULSBY e TEH (1989) [27]) . . . . . . . . . . 23
Figura 2.16: Resumo das dimensões mais comumente usadas no ensaio de pa-
lheta (CHANDLER, 1988 [10]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figura 2.17: Resumo dos tipos mais comumente usados no ensaio de palheta
(FUTAI, 2018 [15]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figura 2.18: Exemplo de resultado de ensaio de palheta (DANZIGER, 2015 [11]) 26
Figura 2.19: Correlação do fator de correção µ com o índice de plasticidade da
argila (BJERRUM, 1973 [7]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figura 2.20: Esquema de posicionamento e detalhes de marco . . . . . . . . . 30
Figura 2.21: Esquema de posicionamento e detalhes de placa de recalque . . . 31
Figura 2.22: Esquema de posicionamento do per�lômetro . . . . . . . . . . . . 31
Figura 2.23: Esquema de posicionamento e cálculo de deslocamento horizontal
de inclinômetro (COMMETRO, 2017 [13]) . . . . . . . . . . . . . 33
Figura 2.24: Esquema de montagem do piezômetro de Casagrande . . . . . . . 34
Figura 2.25: Relação hiperbólica entre deformação e tensão do modelo Hardening-
soil (ARAUJO, 2004 [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figura 2.26: Relação grá�ca de Erefoed para ensaios edométricos (ARAUJO, 2004
[6]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
vi
Figura 2.27: Relação tensão-deformação usada no modelo Soft-Soil (ARAUJO,
2004 [6]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figura 3.1: Sondagem na seção 18+800 até 9,0 m de profundidade . . . . . . 48
Figura 3.2: Sondagem na seção 18+800 de 9,0 m até 27,0 m de profundidade 49
Figura 3.3: Sondagem na seção 18+800 de 27,0 m até 30,45 m de profundidade 50
Figura 3.4: Resultado do ensaio de CPTu da seção 18+840 . . . . . . . . . . 52
Figura 3.5: Resultado do ensaio de palheta da seção 18+900 1/2 . . . . . . . 54
Figura 3.6: Resultado do ensaio de palheta da seção 18+900 2/2 . . . . . . . 54
Figura 3.7: Solução do aterro selecionado, seção 18+880 . . . . . . . . . . . . 61
Figura 3.8: Solução do aterro selecionado, seção 18+880, em detalhe . . . . . 62
Figura 3.9: Grá�co de cota do aterro e progressão dos recalques pelo monito-
ramento × Tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Figura 4.1: Modelo utilizado na Análise 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Figura 4.2: Fase de pré-construção do segundo aterro . . . . . . . . . . . . . . 71
Figura 4.3: Nível freático estabelecido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Figura 4.4: Primeira fase, implantação dos drenos verticais . . . . . . . . . . 72
Figura 4.5: Segunda fase, implantação do colchão drenante, geogrelha e alte-
amento de 2 metros de berma e aterro . . . . . . . . . . . . . . . 72
Figura 4.6: Terceira fase, alteamento de 4,7 metros de berma e aterro. . . . . 72
Figura 4.7: Quarta fase, alteamento de 0,2 metros de aterro. . . . . . . . . . . 73
Figura 4.8: Deslocamento totais verticais na seção . . . . . . . . . . . . . . . 73
Figura 4.9: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 1 de acordo com
o monitoramento e de acordo com a análise numérica . . . . . . . 74
vii
Figura 4.10: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 2 de acordo com
o monitoramento e de acordo com a análise numérica . . . . . . . 74
Figura 4.11: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 3 de acordo com
o monitoramento e de acordo com a análise numérica . . . . . . . 75
Figura 4.12: Geometria da seção 18+880 usada para a segunda análise . . . . . 76
Figura 4.13: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 1 de acordo com
o monitoramento e de acordo com a segunda análise numérica . . 76
Figura 4.14: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 2 de acordo com
o monitoramento e de acordo com a segunda análise numérica . . 77
Figura 4.15: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 3 de acordo com
o monitoramento e de acordo com a segunda análise numérica . . 77
Figura 4.16: Diagrama de deslocamento referente a segunda análise, retirando
os elementos de drenagem da Análise 1 . . . . . . . . . . . . . . . 78
Figura 4.17: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 1 de acordo com
o monitoramento e de acordo com a terceira análise numérica . . 79
Figura 4.18: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 2 de acordo com
o monitoramento e de acordo com a terceira análise numérica . . 79
Figura 4.19: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 3 de acordo com
o monitoramento e de acordo com a terceira análise numérica . . 80
Figura 4.20: Diagrama de deslocamento referente a terceira análise, diminuindo
20 vezes os valores de permeabilidade das camadas de argila da
Análise 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
viii
Lista de Tabelas
3.1 Resumos das sondagens (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . . . . . 47
3.2 Resumo dos ensaios CPTU (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . . . 51
3.3 Resumo dos Ensaios de Palheta (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . 53
3.4 Resumos dos ensaios de caracterização (BOUCH, 2017 [8]) . . . . 55
3.5 Resumos dos ensaios de adensamento (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . 56
3.6 Soluções empregadas (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . . . . . . . 57
3.7 Localização dos Piezômetros de Casagrande (BOUCH, 2017 [8]) . 57
3.8 Localização dos Piezômetros Elétricos (BOUCH, 2017 [8]) . . . . 58
3.9 Localização dos Inclinômetros (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . . 58
3.10 Localização dos Marcos Super�ciais (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . 59
3.11 Localização das Placas de Recalque (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . 60
4.1 Parâmetros de Soft Soil utilizados na Análise 1 . . . . . . . . . . 67
4.2 Parâmetros de Hardening Soil utilizados na Análise 1 . . . . . . . 68
4.3 Comparação dos parâmetros usados para modelar a seção 18+880
com parâmetros resultantes de ensaio em seções próximas (BOUCH,
2017 [8]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4 Parâmetros de permeabilidade das argilas utilizados na Análise 3 78
ix
Sumário
Agradecimentos ii
Resumo iii
Abstract iv
Lista de Figuras v
Lista de Tabelas ix
1 Introdução 1
1.1 Considerações iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Relevância do tema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.5 Organização do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Revisão Bibliográ�ca 5
2.1 Aterros sobre solos moles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1 Aterro reforçado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
x
2.1.2 Bermas de equilíbrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.3 Construção em etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.4 Redução da altura do aterro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.5 Aterros leves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.6 Colunas de brita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.7 Colunas de solo estabilizados ou colunas de cal . . . . . . . . . 7
2.1.8 Aterro sobre estacas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.9 Substituição parcial ou total de solos moles . . . . . . . . . . . 8
2.1.10 Pré-carregamento por vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.11 Drenos verticais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.12 Sobrecarga temporária . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Investigações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1 Ensaios de laboratório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1.1 Ensaio de Compressão Triaxial . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1.2 Ensaios de Caracterização . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.1.2.1 Índice de Consistência . . . . . . . . . . . . 11
2.2.1.2.2 Índice de plasticidade . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1.2.3 Teor de Umidade Natural . . . . . . . . . . 13
2.2.1.2.4 Índice de Vazios . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.1.2.5 Granulometria . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.1.3 Ensaio de adensamento . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.2 Ensaios de campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2.1 Ensaio CPTu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
xi
2.2.2.1.1 Coe�ciente de Adensamento Horizontal . . . 23
2.2.2.2 Ensaio de Palheta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.2.3 Standard Penetration Test . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3 Instrumentação Geotécnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.1 Marcos super�ciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.2 Placa de Recalque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.3 Per�lômetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.4 Extensômetro magnético (aranha magnética) . . . . . . . . . . 32
2.3.5 Inclinômetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.6 Piezômetro elétrico de corda vibrante . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.7 Piezômetro de Casagrande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4 Modelagens numéricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.1 Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.2 Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.3 Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.3.1 Deslocamento e deformações . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.3.2 Tensões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4.4 Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5 Modelos constitutivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.1 Modelo constitutivo para solos moles . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.1.1 Hardening soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.1.2 Soft soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
xii
3 A Obra Estudada 45
3.1 Investigações Geotécnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.1 Sondagens e ensaios SPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.1.2 CPTu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.1.3 Ensaio de Palheta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.1.4 Ensaios de laboratório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2 Soluções Empregadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3 Instrumentações Geotécnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.4 Seção Selecionada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4 Análise Numérica 66
4.1 Parâmetros Utilizados na Análise Numérica . . . . . . . . . . . . . . 66
4.2 Análise no PLAXIS 2D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.2.1 Primeira Análise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.2.2 Segunda Análise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.3 Terceira Análise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5 Considerações �nais 82
5.1 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.2 Sugestão para trabalhos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Referências 85
xiii
Capítulo 1
Introdução
1.1 Considerações iniciais
O controle de recalques em uma obra é um tema essencial na engenharia geo-
técnica. Cálculos realizados na fase de projeto e monitoramento feito em campo
são partes vitais desse controle e estipulam as diretrizes e prazos do andamento da
obra. Obras de aterro apresentam a dependência do comportamento do solo estru-
turalmente em quase toda sua totalidade, sendo então interessante de trabalhar do
ponto de vista geotécnico.
Para realizar este trabalho foi necessário acesso a dados de monitoramento de
recalque e dados de projeto, como geometria da seção de aterro estudada e resul-
tados de investigações. A obra em questão é a duplicação de um aterro de uma
ferrovia localizada no nordeste do país. A localização da ferrovia está explicitada
na �gura 1.1.
Foi escolhida a seção 18+880 da ferrovia para ser feita uma retroanálise dos re-
calques. Essa região é situada acima de uma espessa camada de solo mole, o que
exige decisões especí�cas de dimensionamento de projeto e monitoramento.
A estrada de ferro tem cerca de 892 quilômetros de extensão e está localizada no
Maranhão, Brasil.
1
Figura 1.1: Localização da ferrovia (Google,2017 [17])
1.2 Relevância do tema
Devido ao crescimento do país e à necessidade de ampliação da infraestrutura do
mesmo, a engenharia se vê desa�ada por diversos problemas, por vezes inevitáveis.
Em obras sobre solos moles, os efeitos de recalque acontecem muito lentamente
e podem levar anos. Para obras de aterro ocorrerem em tais condições, foram
desenvolvidas diferentes técnicas de construção compatíveis com diferentes situações
encontradas em obra. Para maior segurança, também são implantados instrumentos
de monitoramento e são feitos ensaios especí�cos para solos moles.
É necessário cuidado especial com essas obras pois, devido aos recalques tar-
dios, as falhas e acidentes podem ocorrer no período de operação pondo em risco a
usabilidade do empreendimento ou até a segurança do usuário.
1.3 Objetivos
Este trabalho é um estudo de caso de recalque de um aterro de duplicação de
uma ferrovia sobre solos moles, utilizando comparação de dados instrumentais e
2
resultados de análise numérica obtidos através do programa PLAXIS 2D [24]. Os
dados usados são relativos a uma determinada seção da ferrovia.
Os dados de monitoramento usados neste trabalho são da fase de construção do
empreendimento, portanto, a comparação entre esses resultados e o da modelagem
usando o método dos elementos �nitos (MEF) será feita apenas nesse período. Ape-
sar dessa limitação, foi feita uma avaliação do modelo baseada no dimensionamento
de projeto e na execução na obra, em uma tentativa de calibrar o modelo.
1.4 Metodologia
Neste trabalho foram usados dados de Input do programa PLAXIS para os mo-
delos constitutivos Hardening Soil, para os materiais de berma, aterro, areia de
substituição, camada de areia �na e colchão drenante, e Soft Soil para as cama-
das de argila mole. Os dados obtidos em campo aqui utilizados correspondem à
seção 18+880 e a outros de trechos próximos ou que possam ser considerados com
propriedades equivalentes.
Os dados de instrumentação foram utilizados tanto para o desenvolvimento da
análise numérica quanto para apurar os valores efetivos dos recalques durante a
obra. Na análise numérica foram levados em consideração os períodos de tempo em
que foram feitos os alteamentos do aterro de acordo com os dados de topogra�a.
Os valores efetivos de recalque foram resultados de coleta de dados das placas de
recalque em 3 pontos do aterro novo. As 3 placas de recalque foram assentadas sobre
a berma de equilíbrio que havia sido utilizada anteriormente como solução para a
estabilidade do aterro pré-existente.
1.5 Organização do trabalho
A estrutura desta dissertação foi dividida em 5 capítulos. O capítulo 1 a in-
trodução ao tema do qual se trata este trabalho, fazendo as considerações inicias,
explicitando a relevância do tema, objetivos, metodologia aplicada e organização.
3
No capítulo 2 foi a feita revisão bibliográ�ca, que fornece informações sobre solu-
ções construtivas utilizadas geralmente para aterros sobre solos moles, investigações
e instrumentações utilizadas e sobre modelagens numéricas e modelos constitutivos
que são utilizados no trabalho.
O capítulo 3 discorreu sobre a obra estudada, seu subtrecho e alternativas que
foram utilizadas para a execução da obra na seção escolhida.
No capítulo 4 foi abordada a modelagem numérica feita para previsão de recal-
ques tanto na fase de construção do aterro de duplicação quanto posteriormente a
ele. Neste mesmo capítulo foram desenvolvidos os passos e considerações usadas
para comparação dos resultados do PLAXIS e do monitoramento.
No quinto capítulo foi elaborada a conclusão da comparação dos resultados e
também ideias para futuros trabalhos envolvendo a obra.
4
Capítulo 2
Revisão Bibliográ�ca
2.1 Aterros sobre solos moles
Devido à origem sedimentar dos solos moles, geralmente argilosa e saturada, eles
possuem grande e lenta deformabilidade, baixa permeabilidade e baixa resistência
ao cisalhamento. Logo, para a realização de aterros em solos desse tipo, existem
diversas técnicas que visam diminuir recalques devido ao adensamento, aumentar
a estabilidade dos taludes ou interferir em ambos os fatores. Essas técnicas são
enumeradas e brevemente explicadas nos métodos construtivos apresentados na Fi-
gura 2.1.
2.1.1 Aterro reforçado
Os aterros reforçados são aterros que possuem um reforço estrutural através
de uma malha na sua base como indicado no item (a) da Figura 2.1. Neles são
utilizados geossintéticos, geogrelha ou geotêxtil. Esses polímeros de alta resistência
e rigidez aumentam a capacidade de carga da fundação. A restrição da deformação
do aterro e/ou reforço da resistência a tração são utilizados nesse caso (DOMINONI,
2011 [12]).
5
Figura 2.1: Técnicas de construção de aterros sobre solos moles (LEROUEIL, 1997
[19])
2.1.2 Bermas de equilíbrio
As bermas de equilíbrio tem como �nalidade o acréscimo do equilíbrio global do
aterro em conjunto com o solo mole. Para a implantação da berma é necessário que
a obra tenha disponibilidade de espaço e material para sua construção (DOMINONI,
2011 [12]). Essa solução está representada no item (b) da Figura 2.1.
2.1.3 Construção em etapas
A construção de aterro em etapas (item (c) da Figura 2.1) é recomendada quando
a implantação total do aterro apresenta um fator de segurança muito baixo. Um
aterro alteado em etapas permite que haja um ganho de resistência da argila mole,
pela dissipação do excesso de poropressão, antes de ser implementada a próxima
camada de aterro. Para execução dessa técnica é fundamental o monitoramento
e acompanhamento dos valores de resistência não drenada durante os alteamentos
(ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5]).
6
2.1.4 Redução da altura do aterro
Esse método consiste em uma adaptação do projeto visando diminuir a carga
do aterro sobre solos moles, aumentando tanto a estabilidade quanto o recalque. A
redução da altura de recalque é ilustrada na Figura 2.1 no item (d).
2.1.5 Aterros leves
Para a execução dessa solução (item (e) da Figura 2.1), os materiais usados
devem ser de pequena densidade. Entre esses materiais estão argila expandida,
isopor, pneus picados e serragem. O uso desses materiais para composição do aterro
visa ter um maior controle dos recalques, já que tanto os recalques primários quanto
os secundários são causados por acréscimo de tensão vertical sobre o solo mole.
2.1.6 Colunas de brita
No intuito de reforçar o solo é formado um conjunto estaca-solo para aumentar a
resistência ao deslocamento vertical e horizontal após a aplicação da carga de aterro.
Nesse método, ilustrado no item (f) da Figura 2.1, podem ser utilizados brita ou
outros materiais granulares na camada de solo mole.
2.1.7 Colunas de solo estabilizados ou colunas de cal
Esse método (item (f) da Figura 2.1) consiste no melhoramento do solo por
meio de sua mistura com um aglutinante, geralmente calda de cimento (PINTO,
2016 [23]). Esses melhoramentos atuam nas características mecânicas (resistência e
deformabilidade) e diminuição da permeabilidade do solo.
2.1.8 Aterro sobre estacas
Os aterros sobre estacas (item (h) da Figura 2.1) têm como função distribuir
as cargas do aterro para solos mais competentes abaixo da camada de solo mole,
diminuindo assim a solicitação das tensões verticais sobre as camadas de menor
7
resistência. Essa transmissão de carga é feita por meio de estruturas rígidas como
estacas de aço ou colunas de materiais granulares (ALMEIDA e MARQUES, 2010
[5]).
2.1.9 Substituição parcial ou total de solos moles
Este método (item (i) e (j) da Figura 2.1) visa a diminuição de recalques e
aumento da resistência à ruptura. O uso dessa técnica é viável para espessuras de
camadas de até 4,0 metros de solo mole (ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5]). O
material utilizado para substituição deve ter características geotécnicas adequadas
à natureza da obra.
2.1.10 Pré-carregamento por vácuo
Esta técnica (item (k) da Figura 2.1) utiliza sobrecarga no aterro de até 80
kPa e drenos horizontais e verticais. O vácuo é usado por meio de um sistema
de bombeamento em associação com o sistema horizontal de drenos localizados em
uma camada de areia drenante. É usada uma membrana impermeável de PVC até
as trincheiras periféricas para manter a estanqueidade (ROZA, 2012 [25]).
2.1.11 Drenos verticais
Os drenos verticais utilizados nessa solução (item (l) da Figura 2.1) têm como
objetivo acelerar o processo de adensamento através da drenagem radial combinada
com a vertical. Esse processo é acelerado porque os drenos diminuem o caminho
de �uxo da água, não alterando o valor �nal do adensamento, mas aumentando a
velocidade seu processo.
2.1.12 Sobrecarga temporária
Esse método (item (m) da Figura 2.1) tem como �nalidade acelerar os recalques
primários e fazer uma compensação total ou parcial dos secundários que não são
relacionados com a dissipação de poropressão, mas com fenômenos viscosos.
8
2.2 Investigações
2.2.1 Ensaios de laboratório
Os ensaios de laboratório são importantes para a obtenção de vários fatores de
determinação do tipo de solo e características do mesmo. Eles têm a vantagem
de possibilitar maior controle da amostra, mas podem demorar mais para serem
realizados, apresentar alto custo e precisar de cuidado para melhor representar as
condições em campo atuantes no solo.
2.2.1.1 Ensaio de Compressão Triaxial
O ensaio de compressão triaxial convencional é realizado através da aplicação de
uma tensão con�nante em um corpo de prova cilíndrico e posterior adição de uma
tensão desviadora (∆σ1 ou σ1 − σ3) aplicada axialmente por um pistão localizado
na face superior do corpo de prova (PINTO, 2006 [22]). O esquema do ensaio é
demonstrado na Figura 2.2.
Caso o ensaio seja de carregamento, os planos horizontais e verticais são os princi-
pais. Sendo o plano horizontal o maior (σ1), e o vertical o menor (σ3), pela ausência
de tensões de cisalhamento nas bases e nas geratrizes do corpo de prova. Com
os valores das tensões principais, é possível traçar o círculo de Mohr (Figura 2.3).
Fazendo o ensaio para diferentes tensões con�nantes e tendo o valor das tensões
desviadoras durante a ruptura, é obtida envoltória de ruptura.
Os ensaios triaxiais podem ter variações referentes a condição de drenagem. A
seguir serão descritos os tipos mais básicos (PINTO, 2006 [22]):
� Ensaio adensado drenado (CD): nesse ensaio há permanente drenagem do
corpo de prova em ambas as fases do ensaio, que são as fases de adensamento
e carregamento. A fase de adensamento consiste na aplicação da tensão con�-
nante, ocorrendo a drenagem do corpo de prova para a dissipação do excesso
de poropressão. Após o adensamento, é feito o carregamento axial também
9
Figura 2.2: Esquema da câmara de ensaio triaxial (PINTO, 2006 [22])
drenado. O volume de água que sai durante o carregamento pode ser conside-
rado como a variação de volume do corpo de prova. Para que a poropressão
durante o carregamento seja praticamente nula, a velocidade de aplicação da
carga deve ser compatível com a permeabilidade do solo. Alguns solos pouco
permeáveis podem precisar de 20 dias ou mais de duração de ensaios e so-
los mais permeáveis apenas alguns minutos. Nesse ensaio é possível obter a
resistência em termos de tensão efetiva.
� Ensaio adensado não drenado (CU): a fase de adensamento desse ensaio ocorre
da mesma forma que no ensaio anterior. O carregamento é feito sem drenagem,
de forma que não há variação de volume nem dissipação de poropressão no
corpo de prova nessa fase. Com esse ensaio pode ser obtida a resistência não
drenada e, caso a poropressão seja medida, pode ser calculada a resistência
em termos de tensão efetiva.
� Ensaio não adensado não drenado (UU): nesse ensaio não há drenagem do
10
Figura 2.3: Envoltória de resistência obtida com resultado de ensaios de compressão
triaxial (PINTO, 2006 [22])
corpo de prova durante a aplicação da tensão con�nante ou durante o carrega-
mento. Deste modo, o teor de umidade permanece constante e não há alteração
de volume se o corpo de prova esiver saturado. O ensaio é interpretado em
termos de tensões totais.
2.2.1.2 Ensaios de Caracterização
2.2.1.2.1 Índice de Consistência
O estado físico em que as argilas se encontram pode ser relacionado com o índice
de vazios da amostra. Uma vez que grande parte das amostras de argilas obtidas em
campo estão saturadas, há uma relação direta entre o índice de vazios e a umidade
nesses casos. Para relacionar o comportamento da argila com a umidade da mesma,
foi proposto por Terzaghi o índice de consistência, com a expressão abaixo:
IC =LL− wLL− LP
(2.1)
Sendo,
IC - Índice de Consistência
LL - Limite de Liquidez
w - Umidade
LP - Limite de Plasticidade
11
Os limites de consistência são determinados através da fração do solo que passa
na peneira número 40 (0,42 mm), já a umidade é referente a todo o solo. Logo, o
índice de consistência só pode ser calculado diretamente se todo o solo passar nessa
peneira. A estimativa de consistência pelo índice de consistência (IC) é mostrada
abaixo (PINTO, 2006 [22]).
IC = 0 Muito moles
0 < IC < 0, 5 Moles
0, 5 < IC < 0, 75 Médias
0, 75 < IC < 1, 0 Rijas
IC > 1, 0 Duras
2.2.1.2.2 Índice de plasticidade
O índice de plasticidade (IP) é uma das formas de identi�cação do solo (PINTO,
2006 [22]). Esse índice é calculado através da expressão abaixo que utiliza os limites
de Atterberg.
IP = LL− LP (2.2)
Sendo,
LL - Limite de Liquidez
LP - Limite de Plasticidade
O limite de liquidez (LL) é o teor de umidade do solo necessário para fechar uma
ranhura nele, feita com 25 golpes em uma concha, como na Figura 2.4.
O limite de plasticidade (LP) é de�nido pelo teor de umidade mínimo com o
qual é possível moldar um cilindro de 3 mm de diâmetro, rolando-se o solo com a
palma da mão (NBR7180, 2016 [4]). O procedimento é ilustrado na Figura 2.5.
Para obtenção da umidade em cada método, são realizadas diversas tentativas
com diferentes umidades.
12
Figura 2.4: Aparelho de Casagrande (PINTO, 2006 [22])
Figura 2.5: Método de obtenção do índice de plasticidade (MOLINA, 2017 [21])
2.2.1.2.3 Teor de Umidade Natural
A umidade (w) é a razão entre o peso da água e dos sólidos da amostra. Para
determinar esses valores, é medido o peso do solo em seu estado natural. Depois esse
solo é seco em uma estufa a 105°C até o peso se manter constante e então pesa-se
novamente. O peso da água é a diferença entre o peso do solo em seu estado natural
e seu peso quando seco (PINTO, 2006 [22]).
13
2.2.1.2.4 Índice de Vazios
O índice de vazios (e) é a relação entre o volume de vazios de o volume de sólidos
do solo. O cálculo dele não pode ser feito diretamente, mas sim a partir de outros
índices (PINTO, 2006 [22]). Podem ser usadas relações como as abaixo:
e =
(γsγd
)− 1 (2.3)
γs - Peso especí�co dos grãos
γd - Peso especí�co aparente seco, determinado indiretamente pela relação
γd =γn
1 + w(2.4)
γn - Peso especí�co natural do solo
w - Umidade
Para obtenção do peso especí�co dos grãos (γs), coloca-se um peso seco conhecido
em um picnômetro, completa-se o volume do mesmo com água destilada e pesa-se o
conjunto. Depois, é pesado o picnômetro com volume preenchido apenas com água.
Como a densidade da água já é conhecida e o volume interno do picnômetro também,
é necessário somente o conhecimento do peso de água deslocada para obter o volume
ocupado pelos grãos do primeiro conjunto. O esquema da forma de obtenção é
ilustrado na Figura 2.6.
Figura 2.6: Esquema de determinação do volume dos sólidos pelo peso da água
deslocada no ensaio de peso especí�co dos grãos (PINTO, 2006 [22])
O peso especí�co natural é obtido através da moldagem de um cilindro do solo
14
com dimensões conhecidas para que seja possível calcular o volume. O peso do solo
contido no cilindro dividido pelo volume da amostra é o peso especí�co natural.
2.2.1.2.5 Granulometria
A análise granulométrica, conjuntamente com os ensaios para estipular os índi-
ces de consistência, é usada para identi�cação do solo a partir das partículas que os
constituem. Para a determinação das porcentagens de grãos menores que o diâme-
tro estipulado, é feito o peneiramento. Com os grãos que passam de peneira nº 200
(0,075mm) é feito o ensaio de sedimentação (PINTO, 2006 [22]). Com as informa-
ções obtidas por esses dois métodos é possível construir uma curva de distribuição
granulométrica deste solo. Assim, são obtidas as porcentagens de argila, silte, areia
�na, areia média e pedregulho presentes no solo como no exemplo da Figura 2.7.
Figura 2.7: Exemplo de curva de distribuição granulométrica do solo (PINTO, 2006
[22])
15
2.2.1.3 Ensaio de adensamento
O ensaio de adensamento também pode ser chamado de ensaio de compressão
edométrica ou ensaio de compressão con�nada. De acordo com a norma (NBR12007,
1991 [2]), ele consiste na compressão de um solo contido dentro de um molde cilín-
drico que impede deformação lateral como mostrado na Figura 2.8. Este ensaio
simula o comportamento de um solo quando comprimido pela ação do peso de novas
camadas que sobre ele se depositam, ou seja, para situação de construção de aterros
sobre grandes áreas (PINTO, 2006 [22])
Figura 2.8: Esquema de aplicação do ensaio edométrico [28]
O ensaio é feito em um corpo de prova saturado com pedras porosas acima e
abaixo dele. No ensaio são aplicadas cargas axiais por uma prensa na célula de
compressão edométrica. O carregamento é feito em etapas para cada carga apli-
cada, primeiro registra-se a deformação a diversos intervalos de tempo, até que a
mesma tenha praticamente cessado. O tempo de duração do ensaio vai de minutos
para areias até dezenas de horas para argilas. Pode ser representado o índice de
vazios em função das tensões verticais efetivas atuantes. A partir de grá�cos como
o da Figura 2.9, é possível a obtenção de importantes paramêtros como índice de
16
compressão virgem (Cc), de descompressão (Cs) e recompressão (Cr).
Figura 2.9: Grá�co e x logσ′vm (MARTINS, 2016 [20])
Este mesmo ensaio pode determinar a tensão de sobreadensamento do solo (σ′vm)
pelo método Pacheco Silva (1970). Esse método é aplicado traçando uma reta hori-
zontal que parte do índice de vazios inicial da amostra (e0). A seguir, o trecho de
compressão virgem é prolongado até o ponto em que cruze a reta horizontal. Nesse
ponto é traçada para baixo uma reta vertical até a curva. Deste segundo ponto é
traçada uma horizontal até o prolongamento do trecho de compressão virgem. A
abcissa desse último ponto de interseção é correspondente a tensão de sobreaden-
samento (σvm) do solo, em escala logaritmica. Esse método está esquematizado na
Figura 2.10.
Também é possível obter, através desse ensaio, o coe�ciente de adensamento cv do
solo. Esse coe�ciente está ligado a características como porosidade, permeabilidade
e compressibilidade. A obtenção desse coe�ciente é feita segundo a seguinte equação
(NBR 12007, 1991 [2]):
cv =0, 197(0, 5H50)
2
t50(2.5)
Sendo,
17
Figura 2.10: Método Pacheco Silva (MARTINS, 2016 [20])
cv - Coe�ciente de adensamento (cm/s)
H50 - Altura do corpo de prova relativa a 50% do recalque (cm) (pode ser obtida
pela média da altura do corpo de prova 0% adensado e 100% adensado)
t50 - Tempo decorrente de 50% do adensamento primário (s)
A permeabilidade vertical kv do solo pode ser determinada através da sua relação
com cv demonstrada abaixo (PINTO, 2006 [22]).
cv =k(1 + e)
av × γw(2.6)
Sendo,
k - Permeabilidade vertical do solo (cm/s)
e - Indice de vazios
av - Coe�ciente de compressibilidade
γw - Peso especí�co da água (10 kN/m3)
Para isso, é necessário também o conhecimento do coe�ciente de compressibili-
dade (av). Ele é obtido através do grá�co índice de vazios × tensão vertical efetiva
18
(Figura 2.11) gerado a partir do ensaio de adensamento.
Figura 2.11: Grá�co utilizado para obtenção do coe�ciente de compressibilidade
(FREITAS, 2016 [14])
O coe�ciente de compressibilidade é de�nido pela equação 2.7.
av = − ∆e
∆σ′v(2.7)
Sendo,
e - Índice de vazios
σ‘v - Tensão vertical efetiva (kN/m2)
O coe�ciente de compressibilidade também pode ser obtido através da relação
com outros parâmetros como mostrado na Figura 2.12, onde σ̄′v representa a tensão
vertical efetiva média no intervalo.
19
Figura 2.12: Relação entre os parâmetros de compressibilidade na compressão con-
�nada (LAMBE e WHITMAN, 1969 [18])
Sendo,
M (ou Eoed) - Módulo de con�namento
mv - Coe�ciente de variação volumétrica
av - Coe�ciente de compressibilidade
Cc - índice de compressão
2.2.2 Ensaios de campo
Os ensaios realizados em campo têm a vantagem de ter rápidos resultado e
aplicação e reprodução fácil das condições originais de campo. Alguns parâmetros
como poropressão e estatigra�a do local também são exclusivamente determinados
por eles.
2.2.2.1 Ensaio CPTu
O ensaio Cone Penetration Test (CPT) ou ensaio de penetração estática con-
siste na penetração de um cone no solo, verticalmente, na velocidade uniforme de 2
cm/s. O instrumento, chamado de piezocone, possui uma ponteira cônica com uma
abertura de 60o e seção transversal de 19cm2.
Em solos argilosos são necessários ensaios CPTu que fornecem dados que o en-
20
saio CPT fornece, resistência de ponta (qc) e atrito lateral (fs), além de dados dos
excessos de poropressão gerados. São gerados dados detalhados pois as medidas
são feitas nos intervalos de 1cm. Medidas as quais são obtidas através de sensores
elétricos já instalados no piezocone ou cone elétrico.
Com esse ensaio é possível gerar um per�l estratigrá�co relacionando proprie-
dades de diferentes solos, diferenciar penetração drenada e não drenada, estimar
parâmetros geotécnicos e propriedades do terreno, e métodos diretos de cálculo.
As medições são feitas através de diferentes partes do instrumento, a poropres-
são é medida por dois elementos porosos ao longo do cone com o objetivo de avaliar
a in�uência da distância do transdutor de poropressão na base do cone, ou pre-
venção caso haja mau funcionamento de um dos transdutores. O piezocone e seus
transdutores de poropressão estão ilustrados na Figura 2.13.
Figura 2.13: Esquema de sensores de um piezocone (ALMEIDA e MARQUES, 2010
[5])
São obtidas leituras do transdutor na base do cone, chamada u1, e do outro
transdutor, chamada u2. A diferença dessas duas leituras se dá pelo maior efeito da
21
tensão normal em u1 enquanto em u2 é predominante o efeito da tensão cisalhante.
Logo as leituras de u2 podem ser leituras de poropressões negativas. O ensaio
CPTu faz a correção da resistência de ponta em função da poropressão medida e
da área corrigida. Essa correção é necessária por causa da diferença da atuação
da poropressão em diferentes áreas da geometria do cone. A correção obedece a
equação 2.8.
qt = qc + u2 × (1− a) (2.8)
Sendo,
qt - Resistência de ponta medida durante o ensaio
qc - Resistência de ponta corrigida
a - Relação entre as áreas do cone (An/At) representada na Figura 2.14
Figura 2.14: Esquema de áreas um piezocone usadas para correção da resistência de
ponta (ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5])
22
2.2.2.1.1 Coe�ciente de Adensamento Horizontal
A obtenção do coe�ciente de adensamento horizontal pode ser feita pelo ensaio
de dissipação durante o ensaio CPTu. É necessário que se realize o ensaio até que
dissipe a pelo menos 50% da poropressão para se estimar esse coe�ciente. Logo, é
obtida com acurácia o valor da progressão durante o ensaio. O método HOULSBY
e TEH (1989) [27] é dado por:
ch =R2T ∗
√Ir
t(2.9)
Sendo,
ch - Coe�ciente de adensamento horizontal
R - Raio do piezocone
T ∗ - Fator tempo
Ir - Índice de rigidez (G/Su)
G - Módulo de cisalhamento
t - Tempo de dissipação
A Figura 2.15 contêm as correlações entre as porcentagens de adensamento de
acordo as progressões foram obtidas segundo HOULSBY e TEH (1989) [27].
Figura 2.15: Fator tempo T ∗ (HOULSBY e TEH (1989) [27])
2.2.2.2 Ensaio de Palheta
O ensaio de palheta é realizado para obtenção da resistência não drenada (Su) do
solo in situ. Nele, uma palheta de seção cruciforme é inserida no solo na profundidade
23
desejada, de modo a provocar o mínimo de perturbação na estrutura do mesmo. Na
Figura 2.16 está ilustrado o instrumento e suas dimensões.
Figura 2.16: Resumo das dimensões mais comumente usadas no ensaio de palheta
(CHANDLER, 1988 [10])
Nesse ensaio, quando realizado em argila rija de resistência não drenada acima
de 50 kPa, é admitido o uso de palheta de altura de 100mm e diâmetro de 50mm.
A resistência é medida durante a rotação da palheta. Essa medida é feita, primei-
ramente, no solo em sua estrutura original e depois com o mesmo já amolgado.
Esse ensaio é aplicado em solos argilosos moles ou rijos saturados, o que permite
a obtenção da resistência em condições de drenagem impedida. O equipamento
pode ser inserido no solo de 4 diferentes formas, que tem objetivo de minimizar o
amolgamento do solo antes do início do ensaio como mostrado na Figura 2.17.
24
Para o cálculo da resistência não drenada (Su) são consideradas 5 hipóteses:
� Não há nenhuma drenagem durante o ensaio;
� Isotropia e homogeneidade do solo;
� Superfície de ruptura cilíndrica;
� Diâmetro de cisalhamento D;
� Inexistência de ruptura progressiva.
O ensaio ocorre cravando a palheta na profundidade do solo desejada 0,5 metro
a frente da sapata de proteção sem rodá-la (NBR10905, 1989 [1]). Depois, a unidade
de torque e medição é selecionada e os instrumentos são zerados. A palheta então
deve rotacionar numa velocidade de 6±0, 6 graus por minuto, permitindo a medição
de torque aplicado às hastes. O tempo decorrido entre a cravação da palheta e o
início do ensaio não deve ultrapassar de 5 minutos. Durante o ensaio são desejadas
leituras de 2 em 2 graus para a construção da curva torque × rotação. Após a
determinação do torque máximo aplicam-se 10 revoluções completas na palheta e
então é refeito o ensaio para obtenção da resistência amolgada. O intervalo máximo
para o término do primeiro ensaio e o começo do segundo é de 5 minutos. O resultado
do ensaio deve ser similar ao formato do resultado do exemplo da Figura 2.18.
Figura 2.18: Exemplo de resultado de ensaio de palheta (DANZIGER, 2015 [11])
26
O resultado do ensaio é relação de tempo com µ. Para obter a rotação, é mul-
tiplicado o tempo pela velocidade e µ pela constante de calibração do equipamento
para obter o torque. A resistência não drenada é calculada através das equações
abaixo para a amostra:
Su =0, 86× Tπ ×D3
(2.10)
Sendo,
T - Torque relativo a resistência que se deseja obter, da amostra indeformada ou
amolgada
D - Diâmetro da palheta
E a sensibilidade do solo pela razão entre a resistência da argila indeformada e
da amolgada, como mostrado abaixo.
St =SuindeformadaSuamolgada
(2.11)
Para a aproximação do resultado deste ensaio com reais rupturas ocorridas, é uti-
lizado um fator de correção para o uso em análise de estabilidade de aterros sobre
solos moles (µ) fazendo a correlação abaixo (BJERRUM, 1973 [7]).
Sucampo = µ× Suensaio (2.12)
Sendo,
µ - Fator de Bjerrum
Esse fator pode ser obtido através do grá�co da Figura 2.19.
27
Figura 2.19: Correlação do fator de correção µ com o índice de plasticidade da argila
(BJERRUM, 1973 [7])
2.2.2.3 Standard Penetration Test
O Standard Penetration Test (SPT) é um método rotineiro e econômico de in-
vestigação geotécnica. Ele fornece índices de resistência a penetração conjugada a
uma sondagem de simples reconhecimento, obtendo-se nível d'água e determinação
de tipos de solo.
O ensaio é feito de acordo com a norma (NBR6484, 1997 [3]). São coletadas
amostras de solo a cada metro de profundidade por meio de amostrador padrão de
diâmetro externo de 50mm. No ensaio é usado um peso de 65kg que é colocado
para cair de uma altura de 750mm em relação à superfície do solo, para cravar o
amostrador no fundo da escavação. O Nspt é o número de golpes necessários para a
cravação do amostrador 300mm após ter uma cravação inicial de 150mm.
O avanço é feito a trado e quando é alcançada a profundidade do nível d'água
o avanço continua com o auxílio do trépano de lavagem. Para o caso de solos mo-
les o Nspt não é representativo quando o número de golpes está entre 0 e 5, mas
mesmo assim o ensaio permanece e�ciente para o reconhecimento da estratigra�a
local (SCHNAID e ODEBRECHT, 2012 [26]). O ensaio SPT pode ser usado tam-
bém para obtenção de amostras deformadas para ensaios como de determinação de
umidade e para encontrar os limites de Atterberg.
28
2.3 Instrumentação Geotécnica
A instrumentação tem parte importante no monitoramento da obra e na veri�ca-
ção das premissas de projeto. Ela auxilia no planejamento da obra e nas veri�cações
de segurança (ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5]). Há dois tipos básicos de instru-
mentação (ROZA, 2012 [25]). Primeiro, para obtenção de características do solo ou
rocha, associado a medições in situ, que são utilizadas durante a elaboração do pro-
jeto. São informações como permeabilidade e compressibilidade. Segundo, são as
instrumentações com �ns de monitoramento do comportamento, durante a constru-
ção e operação do empreendimento. Elas fornecem dados como poropressão, tensões
totais, deformações, entre outros.
2.3.1 Marcos super�ciais
Os marcos super�ciais são utilizados para o monitoramento dos deslocamentos
verticais. Eles são pinos metálicos (Figura 2.20) instalados em blocos de concreto
de dimensões relativamente pequenas mas su�ciente para ser válido considerar a
posição do marco �xa na superfície (ROZA, 2012 [25]). A equipe de topogra�a �ca
responsável pela leitura periódica da cota de cada marco para acompanhamento do
recalque.
29
Figura 2.20: Esquema de posicionamento e detalhes de marco
2.3.2 Placa de Recalque
As placas de recalque são utilizadas para monitorar o deslocamento vertical de
uma superfície que recebe uma grande sobrecarga, como, por exemplo, para execução
de grandes aterros. Elas são placas com hastes ligadas ortogonalmente no centro da
sua superfície. A placa �ca horizontalmente assente na superfície da camada que
recebe a sobrecarga, como demonstrado na Figura 2.21.
A instalação da placa de recalque é feita antes de ser iniciada a subida do aterro
na superfície cujas informações de cota são desejadas. A medida é feita através de
acompanhamento de medidas topográ�cas da cota do topo da haste, descontando
o comprimento da mesma. A haste pode ser prolongada à medida que o aterro é
alteado.
Para não gerar dados não con�áveis pelo con�namento lateral da haste de metal,
um tubo é instalado ao redor da haste, geralmente de PVC.
30
Figura 2.21: Esquema de posicionamento e detalhes de placa de recalque
2.3.3 Per�lômetro
O per�lômetro é um instrumento que faz medições de deslocamento vertical
contínuas (GEOKON, 2011 [16]). A instalação é feita por meio de um tubo de
acesso (de ferro galvanizado ou PVC/PEAD) em uma trincheira de areia na base do
futuro aterro, como ilustrado na Figura 2.22. O tubo deve ter uma corda guia para
puxar o sensor do instrumento.
Figura 2.22: Esquema de posicionamento do per�lômetro
31
2.3.4 Extensômetro magnético (aranha magnética)
Os extensômetros têm como objetivo a obtenção de dados de deslocamentos ver-
ticais no ponto do solo em que estão instalados. Existem dois tipos de extensômetro:
de sonda e de haste. Extensores de sonda incluem magnéticos, SONDEX e corda
vibrante. Na obra em questão, são utilizados os magnéticos, com a colocação de 3
aranhas/âncoras magnéticas por furo. O dado obtido durante a medição, é a pro-
fundidade de cada uma dessas aranhas/âncoras por meio de sonda, ligada a uma
�ta graduada, que emite som, ou sinal de luz, assim que passa por elas.
2.3.5 Inclinômetro
O inclinômetro é um instrumento composto de um tubo guia que deve ser �xado
em uma camada de solo competente (rocha ou areia fortemente compactada), um
torpedo e uma unidade de leitura (Figura 2.23). Esse instrumento consegue obter
dados de deslocamento horizontail e, desse modo, também permite identi�car a
profundidade da superfície de ruptura de um talude. Esse equipamento permite
a obtenção do deslocamento de duas direções ortogonais no mesmo furo, através
de leituras de meio em meio metro. Sendo a direção A+ geralmente posicionada
para direção com maior tendência de ruptura. É um instrumento adequado ao
monitoramento a longo prazo
2.3.6 Piezômetro elétrico de corda vibrante
O piezômetro elétrico de corda vibrante é um instrumento de medição de po-
ropressão por meio de uma unidade de leitura portátil ou um datalogger. Esse
instrumento é amplamente utilizado pela vantagem da obtenção de dados de forma
imediata das variações de poropressão em solos com muita baixa permeabilidade
(ROZA, 2012 [25]).
32
Figura 2.23: Esquema de posicionamento e cálculo de deslocamento horizontal de
inclinômetro (COMMETRO, 2017 [13])
2.3.7 Piezômetro de Casagrande
O Piezômetro de Casagrande, também chamado de standpipe, é um piezômetro
de tubo aberto (Figura 2.24). Ele é constituído de um bulbo instalado no local
de medição da carga de pressão e de um tubo que liga o bulbo até o local onde
será feita leitura. A parte do tubo do bulbo é revestida por material drenante, que
serve também como �ltro para não permitir a entrada de partículas de solo, e tem
furos no tubo para a entrada de água. Sobre essa camada, o tubo é revestido de
material bentonítico de modo a garantir a impermeabilidade do trecho. Através de
um torpedo, utilizado para medir a profundidade em que está o nível d'água do
tubo, se obtém o dado da cota piezométrica, que é a carga hidráulica no ponto a
partir do nível do mar.
33
Figura 2.24: Esquema de montagem do piezômetro de Casagrande
2.4 Modelagens numéricas
A modelagem numérica utilizada neste trabalho é feita através do Método dos
Elementos Finitos (MEF). Esse método havia sido desenvolvido originalmente para
execução de modelos estruturais e hoje em dia é usado amplamente para �ns de
projetos geotécnicos (ARAUJO, 2004 [6]).
A análise pelo MEF fornece uma solução de maior complexidade pois minimiza
as hipóteses simpli�cadoras das soluções analíticas. No presente trabalho será usado
o programa PLAXIS 2017 com análise bidimensional (2D). Desse modo tendo uma
melhor avaliação do comportamento do solo ao passar do tempo.
O PLAXIS 2D permite a implantação de diversas condições de contorno no
modelo, admitindo também a adoção de várias etapas da fase construtiva. Ele tem
a possibilidade de trabalhar com estado plano de deformação ou axissimétricas,
sendo especialmente desenvolvido para engenharia geotécnica.
34
O programa utiliza uma malha de elementos �nitos de 6 a 15 nós de elementos
triangulares, podendo ser re�nada ao todo ou em áreas especí�cas (cluster). Ele
permite estipular o tipo de análise efetuada, geometria do problema, condições de
contorno, nível d'água e modelos constitutivos dos diferentes materiais, de acordo
com as estruturas, camadas de solo e interfaces.
O PLAXIS permite a criação de estágio de carregamento correspondente às fases
construtivas, podendo ser feitas fases com período de adensamento. Ele também
realiza a atualização da malha de acordo com as deformações da geometria, gerando
novos valores de poropressão, fator recomendado para situações com previsão de
ocorrência de grandes deformações, em solos compressíveis.
Os dados obtidos ao �nal da simulação são relativos a pontos contidos na geo-
metria do aterro, os dados são referentes a variações de deslocamento, poropressão
e tensão atuante durante a construção do aterro. Eles são gerados em forma de
tabelas ou grá�cos.
O programa é dividido em 4 sub-programas: Input, Calculation, Output e Cur-
ves. Os quatro serão brevemente apresentados adiante.
2.4.1 Input
É a parte inicial do programa onde é feito o pré-processamento dos dados de
entrada usados no problema. Nele, são colocados dados de geometria da seção,
elementos como geodrenos, além dos parâmetros de cada solo usado no modelo,
modelo de comportamento do solo e condições de fronteira para de�nir a malha de
estudo.
Nessa fase é possível escolher o re�namento da malha sabendo que quanto mais
re�nada, melhor a análise será, o processamento, porém, é mais demorado. Podemos
também de�nir o tipo de processamento para o estado plano de tensões ou defor-
mações ou uma análise axissimétrica. Nele, são também geradas as tensões iniciais
do solo e inserido o nível d'água. Assim, são geradas nele as poropressões iniciais
do solo.
35
Detalhes do input utilizado no caso estudado serão apresentados no capítulo
seguinte.
2.4.2 Calculation
Nessa sub-rotina do programa são escolhidos os tipos de cálculos que serão rea-
lizados em função da análise que será feita. O PLAXIS possui 3 tipos de cálculo:
� Plástico: usado nas análises de deformações elasto-plásticas em que não é
necessário incluir os efeitos das deformações excessivas;
� Adensamento: usado quando se deseja analisar o desenvolvimento e dissipação
dos excessos de poropressão em solos saturados ao longo do tempo;
� Malha atualizada: esse tipo de cálculo é menos robusto que o caso plástico,
porém a análise é mais demorada. Assim, é usado somente em casos especí�cos
em que a deformação esperada tenha grande efeito na geometria do problema.
No caso estudado, serão utilizados o cálculo de adensamento em fases de cons-
trução e cálculo de adensamento em fases posteriores a subida de uma parte do
aterro.
O caso estudado não é adequado ao uso de K0 na fase inicial, pois não se trata de
um carregamento homogêneo nas camadas de solo, formando assim anisotropia das
tensões. Assim, é necessário utilizar gravity load para o cálculo das tensões iniciais
existentes no solo do primeiro aterro já construído.
2.4.3 Output
Com os cálculos feitos, a sub-rotina Output mostra gra�camente os resultados
da sub-rotina anterior. Os resultados obtidos são listados nas sub-seções a seguir.
2.4.3.1 Deslocamento e deformações
� Malha deformada;
36
� Deslocamentos totais;
� Deslocamentos horizontais;
� Deslocamentos verticais;
� Incrementos totais;
� Incrementos horizontais;
� Incrementos verticais;
� Deformações totais ;
� Incrementos de informações.
2.4.3.2 Tensões
� Tensões totais;
� Tensões efetivas;
� OCR;
� Pontos de plasti�cação;
� Poropressões ativas;
� Excesso de poropressão;
� Carga hidráulica;
� Linha de �uxo;
� Rede de �uxo.
37
2.4.4 Curves
Para obter os resultados dessa sub-rotina, primeiro deve ser estipulado em Calcu-
lation pontos determinados. No Curves são mostrados por meio de grá�cos e tabelas
as relações entre tempo × deslocamentos e tensões × deformações, por exemplo.
Deve-se atentar que os pontos onde são medidos os deslocamentos são os pontos
nodais, e os pontos onde são medidas as deformações são os pontos de Gauss (ROZA,
2012 [25]).
2.5 Modelos constitutivos
Na fase de Input os parâmetros requisitados dependem dos modelos constitu-
tivos que foram escolhidos para cada um deles. O PLAXIS possui cinco tipos de
relações tensão-deformação: elástico-linear, o modelo de Mohr-Coulomb, o modelo
Hardening Soil, o modelo Soft Soil e o modelo Soft Soil Creep.
2.5.1 Modelo constitutivo para solos moles
Para simular o comportamento de solos moles é usado o modelo constitutivo
de Soft Soil (comportamento dependente do tempo), que abrange o processo de
adensamento primário e de recalques por compressão secundária.
A compressão secundária será considerada como um percentual da compressão
primária, logo, ela será calculada para longos períodos (10 a 30 anos) e em que tenha
um grande recalque primário. Isso costuma ocorrer no recalque de grandes sapatas
e aterros, depois de alguns anos. Nesses casos é aconselhável calcular o creep pelo
método de elementos �nitos pelo computador.
2.5.1.1 Hardening soil
O modelo Hardening Soil é um modelo mais avançado que o Mohr Coulomb.
Ele demanda parâmetros de módulo de elasticidade na compressão triaxial (E), o
38
módulo de elasticidade na descompressão triaxial (Eur) e o módulo de elasticidade
na compressão oedométrica (Eoed). Desse modo, pode-se ter uma abordagem de
rigidez do sistema bem mais precisa. Ao contrário do modelo de Mohr Coulomb, o
Hardening Soil admite variação de rigidez com a variação do estado de tensões no
solo. Ele será usado nesse trabalho para modelagem da camada mais profunda de
areia, do aterro, das bermas e das areias de substituição. Os três módulos de rigidez
desse modelo são referentes a uma pressão de referência (pref ). A seguir são citadas
características do modelo:
� Descarregamento/ carregamento elástico;
� Deformações plásticas devido a um carregamento desviatório primário;
� Ruptura de acordo com o critério de Mohr-Coulomb;
� Deformações plásticas devido a compressão primária;
� Rigidez do solo depende de uma lei de potência.
No grá�co da Figura 2.25 é ilustrada a relação entre tensão × deformação desse
modelo.
Figura 2.25: Relação hiperbólica entre deformação e tensão do modelo Hardening-
soil (ARAUJO, 2004 [6]
Sendo,
39
qa - Resistência ao cisalhamento assíntota à curva tensão x deformação
qf - Valor real da resistência ao cisalhamento
E50 - Módulo de elasticidade dependente da tensão con�nante para o carregamento
primário, dado pela equação 2.13.
E50 = Eref50
((c× cot (ϕ))− σ′3
)((c× cot (ϕ))− pref )m
(2.13)
Eref50 - Módulo de elasticidade correspondente a pressão de referência con�nante
c - Coesão efetiva do solo
ϕ - Ângulo de atrito do solo
σ′3 - Tensão horizontal
pref - Pressão de referência para rigidez (kN/m3)
Eur - Módulo de elasticidade para descarregamento e carregamento, correspondente
a uma pressão de referência pref . Dado pela equação 2.14.
Eur = Erefur
((c× cot (ϕ))− σ3)(c× cot (ϕ))− pref
(2.14)
σ3 - Tensão con�nante do ensaio triaxial
O próprio manual do programa recomenda, para muitos casos práticos, utilizar
Eur igual a 3 vezes E50.
Os parâmetros necessários para o modelo Hardening soil são:
� Coesão do solo (c);
� Ângulo de atrito do solo (ϕ);
� Módulo de elasticidade secante no ensaio triaxial drenado (Eref50 );
� Módulo de elasticidade tangente para o carregamento primário edométrico
(Erefoed );
� Potência para a dependência nível de tensões x rigidez (m);
� Módulo de elasticidade ao carregamento/descarregamento (Eur);
� Coe�ciente de Poisson no descarregamento/recarregamento (νur);
40
� Pressão de referência para o módulo (pref );
� K0 do solo normalmente adensado (Knc0 );
� Razão de ruptura (Rf = qf/qa);
� Tensão de resistência a tração (σtension);
� Incremento de coesão com profundidade (cincrement).
O módulo de rigidez tangente na compressão unidimensional (Eoed) também é
calculado neste modelo constitutivo, embora não esteja representado na Figura 2.25.
Ele é de�nido pela equação 2.15.
Eoed = Erefoed
((c× cot (ϕ))− σ′3
)((c× cot (ϕ))− pref )
(2.15)
Logo, Erefoed é um módulo de rigidez para uma tensão vertical σ
′1 = pref . Ele está
representado na Figura 2.26.
Figura 2.26: Relação grá�ca de Erefoed para ensaios edométricos (ARAUJO, 2004 [6])
2.5.1.2 Soft soil
O Soft Soil é baseado no modelo Cam-Clay, desenvolvido para simular solos
altamente compressíveis como argilas. Ele é caracterizado por:
41
� Ruptura segundo o critério Mohr-Coulomb;
� Diferenciação entre carregamento primário e descarregamento-recarregamento;
� Capacidade de levar em conta a história de tensões;
� Rigidez dependente do nível de tensões.
Esse modelo estipula uma relação logarítmica mostrada abaixo, relacionando a
tensão média efetiva p′ e a deformação volumétrica Σv, que pode ser formulada como
sendo para a compressão primária.
Σv − Σv0 = −λ∗(ln
(p′
p′0
))(2.16)
Sendo,
λ∗ - Índice de compressão modi�cado
Σv e Σv0 - Deformações volumétricas nos pontos do grá�co relativos respectivamente
a p′e p
′0
p′e p
′0 - Tensões médias efetivas em dois diferentes pontos do grá�co
O grá�co citado é o representado na Figura 2.27.
Figura 2.27: Relação tensão-deformação usada no modelo Soft-Soil (ARAUJO, 2004
[6])
Pode-se notar que o parâmetro λ∗ é diferente do λ do modelo Cam-Clay pois
ele relaciona Σv com p′. A equação 2.17 serviria pra simular uma possível fase de
42
descarregamento-recarregamento.
Σv − Σv0 = −κ∗ × ln(p′
p′0
)(2.17)
Sendo,
κ∗ - Índice de expansão modi�cado (expressa o comportamento do material durante
um descarregamento, seguido de um recarregamento)
Durante a fase descarregamente-recarregamento do solo, é assumido que que ele
se comporta como sendo elástico, de acordo com a lei de Hooke. Logo, há uma
dependência linear do módulo de deformação volumétrica com nível de tensões:
κur =Eur
3(1− 2νur)=p′
κ∗(2.18)
Sendo,
κ∗ e λ∗ - Parâmetros obtidos através de ensaios oedométricos
Eur - Módulo de elasticidade no descarregamento/recarregamento
νur - Coe�ciente de Poisson no descarregamento/recarregamento
Os parâmetros κ∗ e λ∗ podem ser obtidos através de correlações com os parâme-
tros do modelo Cam-Clay e, por conseguinte, por resultados do ensaio edométrico,
Cc e Cr, através das expressões abaixo.
κ∗ =κ
1 + e=
Cr
2, 3(1 + e0)(2.19)
λ∗ =λ
1 + e=
Cc
2, 3(1 + e0)(2.20)
Sendo,
e0 - Índice de vazios inicial do solo
Os parâmetros necessários para o modelo Soft Soil são:
� c -Coesão do solo;
� ϕ - Ângulo de atrito do solo;
43
� ψ - Dilatância do solo em graus;
� λ∗ - Índice de compressão modi�cado;
� κ∗ - Índice de expansão modi�cado;
� νur - Coe�ciente de Poisson no descarregamento/recarregamento;
� Knc0 - Coe�ciente de empuxo para solos normalmente adensado;
� M - Parâmetro Knc0 .
O valor de M representa a inclinação da linha dos estados críticos do modelo
Cam-Clay. Ele não pode ter seu valor diretamente colocado no programa, pois o
mesmo é calculado através da relação da equação 2.21 (BRINKGRECE, 2014 [9]).
M = 3
√(1− knc0 )2
(1 + 2knc0 )2+
(1− knc0 )(1− 2νur)(λ∗
κ∗− 1)
(1 + 2knc0 )(1− 2νur)λ∗
κ∗− (1− knc0 )(1 + νur)
(2.21)
Sendo,
knc0 - Coe�ciente de empuxo para solos normalmente adensado
νur - Coe�ciente de Poisson
κ∗ e λ∗ - Parâmetros do modo Cam-Clay modi�cado
O modelo do Soft Soil será usado para modelar as camadas de argila que estão
abaixo do aterro.
44
Capítulo 3
A Obra Estudada
No presente trabalho foi abordada a comparação de valores de recalque entre o
resultado de análise numérica e dados coletados em campo pelo monitoramento. A
solução que será abordada para a seção 18+880 abrange o trecho 18+860 a 19+000.
Já os dados de monitoramento e os parâmetros dos solos e dos materiais utilizados
no modelo foram baseadas em dados apresentados no projeto para a seção 18+880.
Neste capítulo estão apresentados os dados que foram disponibilizados da obra entre
os km 18+340 e o km 22+280, de resultados de ensaios de investigação geotécnica,
soluções adotadas em outras partes desse trecho e um levantamento da instrumen-
tação instalada. Após essa visão geral, foram elucidadas com maiores detalhes as
informações relativas a seção 18+880.
3.1 Investigações Geotécnicas
O levantamento das investigações geotécnicas realizadas foi referenciado do tra-
balho de conclusão de curso de BOUCH, 2017 [8]. Essse mesmo autor trabalhou
com uma outra seção da mesma obra estudada no presente trabalho e, portanto
esse trabalho compartilha dos mesmos dados. Esses dados estão apresentados nas
Tabelas 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 e 3.5.
45
3.1.1 Sondagens e ensaios SPT
Na Tabela 3.1 foi apresentado um resumo das sondagens e ensaios SPT realizados
ao longo de todo o trecho da obra trabalhado (BOUCH, 2017 [8]).
Devido a grande extensão da obra, só a sondagem realizada na seção 18+800
será apresentada pois é a mais próxima da seção 18+880, a apenas 80 quilômetros
de distância. A sondagem é apresentada nas Figuras 3.1, 3.2 e 3.3.
46
Tabela 3.1: Resumos das sondagens (BOUCH, 2017 [8])Sondagem Aterros existentes Solos Moles NA
km Espessura (m) NSPT Espessura (m) NSPT Prof. (m)
18+421 2 18 0 - 5,9
18+425 0 - 3 P - 1 0,9
18+452 9 1-33 0 - 6,1
18+465 10 1-38 0 - 6,9
18+465 0 - 3 P 0,8
18+740 9 1-44 2 5 5
18+740 4,8 1-15 1,2 2 2
18+740 1 2 7 1/50 - 3 2,5
18+748 15 5-31 0 - 7,8
18+770 10 4-36 0 - 1,8
18+770 2 1-5 4 1/40 - 2 2,1
18+770 1 2 5 1-2 2,1
18+782 10,5 11-44 0 - 7,8
18+800 2 3 5 1/45 - 4 2,3
18+803 15,3 4-37 0 - 7,6
18+970 3 7-12 6 1/40 - 4 2,45
19+170 0 - 3 1/40 - 1 0,95
19+170 0 - 4 P - 2 0
19+220 0 - 4,1 P - 2 0
19+270 1,1 1 1,9 1 1,2
19+270 0 - 3 P - 2 0
19+320 0 - 5,4 P - 1 0
19+360 4 10-39 3 2 2,1
19+360 0 - 5 P - 1/20 0
19+400 0 - 5 P - 1 0
19+440 0 - 3 P - 1 0
19+560 2 6-31 2 1 1,95
19+760 3 2-14 2 2 2,2
19+960 3 28-34 3 2-3 2,3
20+160 0 - 6 1-2 0,3
20+260 0 - 7 P - 3 0,42
20+560 1 2 4 1/40 - 2 1,56
20+860 1 ,6 1/40 5,4 1/40 - 4 1,73
21+160 1,2 1/25 5,8 1/40 - 3 1,94
21+460 1,9 1 6,1 1-4 2
21+760 1,7 1 5,3 1/45 - 3 1,9
22+060 0,3 - 4,7 P - 2 0,93
22+260 1,7 1-2 3,3 2-4 1,86
47
Pode ser observada na Figura 3.1 a espessura de 5,0 metros da camada de argila.
Oferecendo então, uma ordem de grandeza da espessura dessa camada nas proximi-
dades. Esse ensaio, combinado a outros, pode ser usado para estimar a espessura
da camada de argila da seção 18+880, de interesse para o presente trabalho.
3.1.2 CPTu
Na Tabela 3.2 estão presentes os resultados de coe�cientes de adensamento ho-
rizontal (ch) obtidos a partir do ensaio CPTu realizados em diferentes seções e dife-
rentes profundidades. Esses resultados são decorrentes dos 14 ensaios realizados.
Tabela 3.2: Resumo dos ensaios CPTU (BOUCH, 2017 [8])
CPTU km Profundidade (m)ch
Obs.cm2/s m2/ano
2 18+740 2,3 9,4 x 10−3 29,6
3 18+7702,01 3,9 x 10−3 12,3
4,11 2,8 x 10−2 88,3
4 18+840
2,03 3,2 x 10−3 10,1
4 4,1 x 10−3 12,9
6,54 1,8 x 10−1 567,7 Areia argilosa
5 18+920
2,01 6,4 x 10−3 20,2
4,05 1,5 x 10−3 4,7
6,01 5,3 x 10−3 16,7
6 19+0002,02 3,7 x 10−2 116,7
4,26 8,6 x 10−2 271,2
7 19+0802,31 3,3 x 10−2 104,1
4,1 2,4 x 10−1 756,9
8 19+170 2,26 2,1 x 10−1 662,3
9 19+2702,15 1,6 x 10−1 504,6
4,08 1,9 x 100 5991,8 Areia argilosa
10 19+3602,16 3,9 x 10−2 123
4,31 1,8 x 10−1 567,6 Areia argilosa
11 19+4402,05 8,3 x 10−2 261,8
4,1 3,7 x 10−1 1166,8 Areia argilosa
12 19+5602,11 4,8 x 10−2 151,4
4,07 2,9 x 10−1 914,5 Areia argilosa
13 19+760 2,2 7,9 x 10−2 249,1
14 19+9602,02 1,3 x 10−1 410
4,27 2,1 x 100 6622,6 Areia argilosa
O ensaio CPTu da seção 18+840 também pode ser usado para obter uma es-
timativa ainda melhor das propriedades da espessura de solo mole. Por meio dos
51
valores de resistência de ponta e de atrito lateral indicados na Figura 3.4 pode ser
observado um aumento da rigidez das camadas que se aproximam da profundidade
de 6,0 metros.
Figura 3.4: Resultado do ensaio de CPTu da seção 18+840
3.1.3 Ensaio de Palheta
Os ensaios de palheta (ou Vane Test), como explicado no item 2.2.2.2, podem
gerar dados de resistência não-drenada do solo não amolgado (Su) ou amolgado
(Suamolgado) e sensibilidade do mesmo (S). Na Tabela 3.3 são apresentados esses
dados relativos aos ensaios realizados em 13 diferentes pontos da obra.
52
Tabela 3.3: Resumo dos Ensaios de Palheta (BOUCH, 2017 [8])VT km Prof. (m) Su indeformado (kPa) Su amolgado (kPa) Sensibilidade (S)
1 18+740
2,5 6,2 5,2 1,2
3,5 24,9 3,8 6,6
4,5 47,1 19,3 2,4
5,5 39,6 16,2 2,4
2 18+770
2,5 26,9 4,8 5,6
3,5 30,1 5,1 5,9
5,5 26,2 6,9 3,8
3 18+900
3,5 17,9 3,6 5
4,5 20,7 3,7 5,6
5,5 26,7 9,6 2,8
4 19+1002,5 13,8 2,6 5,3
4,5 38,4 12,6 3
5 19+3002,5 10,6 1,8 5,9
4,5 55,5 23,3 2,4
6 19+6003,5 18,5 6,4 2,9
4,5 21,2 9 2,4
7 20+0003,5 29,4 10,8 2,7
5,5 57 16 3,6
8 20+4002,5 25,6 6,2 4,1
4,5 70,3 17,3 4,1
9 20+6002,5 23,6 6,5 3,6
4,5 40,5 9,8 4,1
10 21+000
2,5 6,5 3,2 2
4,5 34,5 6,3 5,5
5,5 48,9 13,4 3,6
11 21+4002,5 17,4 3,5 5
4,5 34,5 11,6 3
12 21+800
2,5 13,6 2,7 5
3,5 21,2 5,9 3,6
4,5 23,5 8,1 2,9
13 22+2002,5 17,3 3,6 4,8
3,5 34,3 6,5 5,3
Foram também disponibilizadas algumas leituras de ensaio de palheta. Para �ns
de estimar melhor as propriedades de resistência que estão sendo usadas e analisar se
há compatibilidade com o resultado do ensaio. O ensaio de palheta nas proximidades
da seção 18+880 é relativo a seção 18+900 e os 3 ensaios nessa seção são mostrados
nas Figuras 3.5 e 3.6.
53
Figura 3.5: Resultado do ensaio de palheta da seção 18+900 1/2
Figura 3.6: Resultado do ensaio de palheta da seção 18+900 2/2
54
3.1.4 Ensaios de laboratório
Para a realização dos ensaios de laboratório foram coletadas 16 amostras indefor-
madas através de cravação de amostrador tipo Shelby com diâmetro de 4”. Foram
realizados os ensaios previamente explicados no item 2.2.1 e indicados abaixo:
� Granulometria;
� Densidade real das partículas;
� Determinação de índices físicos;
� Limites de Atterberg;
� Adensamento unidimensional;
� Compressão simples.
O resumo dos resultados desses ensaios são indicados nas Tabelas 3.4 e 3.5.
Tabela 3.4: Resumos dos ensaios de caracterização (BOUCH, 2017 [8])Amostra Shelby Índices Físicos Frações Granulométricas Limites de Atterberg
km Prof.(m) h(%) γn(g/cm3) e0 Argila(%) Silte(%) Areia(%) LL(%) LP(%) IP(%)
18+740 3,0 a 3,5 73,9 1,44 2,27 17,3 60,3 22,4 47 24 23
18+740 5,0 a 5,5 40,3 1,71 1,2 13,6 59,8 26,6 34 15 19
18+800 2,0 a 2,5 95,3 1,44 3,03 52,8 45,5 1,7 89 35 54
18+800 4,0 a 4,5 104,4 1,39 2,99 26,7 68,4 4,9 83 31 52
19+000 2,0 a 2,5 99,5 1,36 2,68 21,1 77,6 1,3 73 27 46
19+000 3,0 a 3,5 72,2 1,53 2,16 18,3 80,6 1,1 54 25 29
19+200 3,0 a 3,5 - - - 4,9 71,3 23,8 35 20 15
19+400 2,5 a 3,0 70,4 1,62 1,78 8,3 66,3 25,4 43 20 23
19+800 2,5 a 3,0 33,6 1,68 1,19 4,4 58,2 37,4 NL NP -
20+200 2,0 a 2,5 67,5 1,57 1,89 12,8 69,4 17,8 41 17 24
20+800 2,5 a 3,0 125 1,42 3,41 20 78,2 1,8 92 31 61
20+800 4,0 a 4,5 68,7 1,6 2,04 16,4 69,4 14,2 48 22 26
21+600 2,0 a 2,5 108 1,33 3,23 12,2 86,8 1 77 30 47
21+600 4,0 a 4,5 51,9 1,58 1,63 9,5 85,2 5,3 36 21 15
22+000 2,0 a 2,5 123,3 1,36 3,46 42 57,2 0,8 91 31 60
22+000 3,0 a 3,5 78,7 1,52 2,32 22,1 71,7 6,2 58 24 34
55
Tabela 3.5: Resumos dos ensaios de adensamento (BOUCH, 2017 [8])
Amostra shelbyσ′pa(kPa) Cr Cc OCR
cV
km Prof.(m) cm2/s m2/ano
18+740 3,0 a 3,5 60 0,15 1,17 2,14 1,7 x 10−4 0,54
18+740 5,0 a 5,5 44 0,05 0,41 - 2,8 x 10−3 8,83
18+800 2,0 a 2,5 76 0,21 1,49 2,87 5,8 x 10−5 0,18
18+800 4,0 a 4,5 41 0,2 1,34 1,06 1,5 x 10−4 0,47
19+000 2,0 a 2,5 30 0,15 1,28 1,13 8,1 x 10−5 0,26
19+000 3,0 a 3,5 28 0,06 0,72 - 7,2 x 10−4 2,27
19+200 3,0 a 3,5 - - - - - -
19+400 2,5 a 3,0 20 0,08 0,61 - 1,2 x 10−3 3,78
19+800 2,5 a 3,0 40 0,07 0,29 - 3,2 x 10−3 10,1
20+200 2,0 a 2,5 31 0,09 0,76 1,82 1,8 x 10−3 5,68
20+800 2,5 a 3,0 36 0,18 1,45 1,71 4,3 x 10−4 1,36
20+800 4,0 a 4,5 70 0,1 0,95 2,33 9,0 x 10−4 2,84
21+600 2,0 a 2,5 41 0,23 1,47 2,28 2,1 x 10−4 0,66
21+600 4,0 a 4,5 32 0,06 0,5 1,07 2,0 x 10−3 6,31
22+000 2,0 a 2,5 20 0,22 1,46 1,11 2,0 x 10−4 0,63
22+000 3,0 a 3,5 31 0,1 0,98 1,29 2,8 x 10−4 0,88
3.2 Soluções Empregadas
Devido a estratigra�a e requisitos do greide de projeto ao longo do trecho cons-
truído, as soluções adotadas para diferentes pontos variam. Elas visam acelerar os
recalques, objetivando a redução das deformações na ferrovia na fase operacional, e
melhorando assim a estabilidade do projeto. As soluções do projeto encontram-se
de forma resumida na Tabela 3.6.
56
Tabela 3.6: Soluções empregadas (BOUCH, 2017 [8])Trecho Soluções empregadas
18 + 340− 18 + 410 Sobrecarga e remoções de solos moles
18 + 410− 18 + 490 Sobrecarga, colunas de areia encamisadas, geogrelhas e bermas de equilíbrio
18 + 728− 18 + 860 Sobrecarga, colunas de areia encamisadas, geogrelhas e bermas de equilíbrio
18+860 - 19+000 Sobrecarga, drenos verticais �broquímicos, geogrelhas e bermas de equilíbrio
19 + 000− 19 + 440 Sobrecarga, drenos verticais �broquímicos e bermas de equilíbrio
19 + 440− 20 + 220 Sobrecarga e bermas de equilíbrio
20 + 220− 22 + 280 Sobrecarga e geogrelhas para pavimento e bermas de equilíbrio
3.3 Instrumentações Geotécnicas
O resumo da instrumentação que foi utilizada para acompanhar a obra e suas
respectivas localizações estão indicadas nas Tabelas 3.7, 3.8, 3.9, 3.10 e 3.11. As
colunas de �Afastamento (m)� são referentes ao afastamento do instrumento em
relação ao eixo da ferrovia.
Tabela 3.7: Localização dos Piezômetros de Casagrande (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Camada Profundidade(m) Quantidade
18+465 42 Areia sob argila mole 6,5 1
18+765 38 Areia sob argila mole 10 1
18+885 38 Areia sob argila mole 10 1
19+340 33 Areia sob argila mole 8 1
20+120 14 Areia sob argila mole 8 1
20+160 14 Areia sob argila mole 8 1
Total - - - 6
57
Tabela 3.8: Localização dos Piezômetros Elétricos (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Camada Profundidade(m) Quantidade
18+400 25 Areia de substituição 3,5 1
18+470 25 Entre colunas 4,5 - 6 - 7,5 3
18+750 25 Entre colunas 1,5 - 3 - 4,5 - 6 - 7,5 5
18+800 25 Entre colunas 1,5 - 3 - 4,5 - 6 4
18+880 25 Eixo 2,5 - 4 - 5,5 - 7 4
19+060 25 Eixo 2,5 - 4 - 5,5 - 7 4
19+340 42 Eixo 1,5 - 2,5 - 3,5 3
19+500 38 Eixo 2,8 - 3,8 - 4,8 3
19+600 38 Eixo 3,8 - 5 - 6,2 3
19+820 38 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3
20+120 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3
20+520 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3
20+920 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3
21+160 38 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3
21+560 33 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3
21+960 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3
21+060 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3
Total - - - 51
Tabela 3.9: Localização dos Inclinômetros (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Camada Profundidade(m) Quantidade
18+470 25 Pé do talude 12 1
18+480 25 Ao lado das fundações da ponte 12 1
18+492 25 Sobre bermas longitudinais 12 1
18+720 25 Sobre bermas longitudinais 25 1
18+725 25 Ao lado das fundações da ponte 25 1
18+750 25 Pé do talude 25 1
18+800 42 Pé do talude 20 1
18+880 38 Pé do talude 20 1
19+060 38 Pé do talude 15 1
19+340 38 Pé do talude 15 1
Total - - - 10
58
Tabela 3.10: Localização dos Marcos Super�ciais (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Quantidade
18+340 - 18+440 20 10
18+440 - 18+530 10 18
18+690 - 18+780 10 18
18+720 - 19+000 20 22
19+000 - 19+400 30 30
Total - 98
59
Tabela 3.11: Localização das Placas de Recalque (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Local Quantidade
18+400
20 Bordo direito
325 Eixo
30 Bordo Esquerdo
18+470
20 Bordo direito
325 Eixo
30 Bordo Esquerdo
18+750
20 Bordo direito
325 Eixo
30 Bordo Esquerdo
18+800
20 Bordo direito
325 Eixo
30 Bordo Esquerdo
18+880
20 Bordo direito
325 Eixo
30 Bordo Esquerdo
19+060
20 Bordo direito
325 Eixo
30 Bordo Esquerdo
19+340
17 Bordo direito
322 Eixo
27 Bordo Esquerdo
19+500
10 Bordo direito
315 Eixo
20 Bordo Esquerdo
19+600
6 Bordo direito
311 Eixo
16 Bordo Esquerdo
19+8204 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
20+0204 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
20+120
4 Bordo direito
38 Eixo
12 Bordo Esquerdo
20+3204 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
20+5204 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
20+7204 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
20+9204 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
21+1604 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
21+3604 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
21+5604 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
21+7604 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
21+7604 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
22+1604 Bordo direito
29 Bordo Esquerdo
Total - - 54
60
3.4 Seção Selecionada
A seção 18+880 foi a selecionada para a avaliação de desempenho através de
valores medidos pelo monitoramento em campo e previstos pela análise numérica
realizada com auxílio do PLAXIS. A solução de projeto utilizada na seção 18+880
está esquematizada nas Figuras 3.7 e 3.8.
Figura 3.7: Solução do aterro selecionado, seção 18+880
61
As soluções para a estabilização e controle de recalque que foram utilizadas para
o aterro de duplicação da seção estudada foram:
� Colchão drenante;
� Drenos verticais (8 no total espaçados 2, 7m);
� Sobrecarga temporária (0, 60m de altura);
� Sobrealtura do aterro(0, 90m)
� Geogrelha transversal (sob o aterro novo);
� Berma de equilíbrio.
As instrumentações utilizadas para o monitoramento da seção foram:
� Marco super�cial (MS) (2 no total, localizados no aterro pré-existente);
� Placa de Recalque (PR) (3 no total, instaladas sob o aterro novo no bordo
esquerdo, direito e eixo da ferrovia);
� Inclinômetro (INC) (instalado na base do talude esquerdo do aterro novo);
� Per�lômetro (PF) (instalado abaixo do aterro novo);
� Extensômetro (XV) (instalados ao longo das camadas de argila abaixo do
aterro novo);
� Piezômetro Elétrico (PE) (instalados ao longo das camadas de argila abaixo
do aterro novo).
A construção do segundo aterro foi feita acima da berma, solução para estabi-
lidade do aterro pré-existente, e simultaneamente foi construída uma nova berma
para estabilidade do conjunto. A subida do aterro foi feita no total de 423 dias,
em 2 etapas. Nos primeiros 29 iniciou-se o monitoramento do terreno, nos 29 dias
seguidos foi adicionado 2, 00m de aterro e em 259 dias não houve adição expres-
siva. Após esse intervalo, foi adicionado 4, 7m de aterro em 37 dias e depois de 63
63
dias foi adicionado 0, 2m de aterro em 6 dias. No projeto é apontado um aterro
de sobrecarga de 0, 6m, mas no acompanhamento da cota do terreno em campo só
foi observada subida de cota de 0, 2m e não foi percebida diminuição da cota tão
expressiva em um curto período, supondo assim que as diminuições de cota de aterro
seriam devido ao recalque do próprio terreno e não por retirada de sobrecarga. As
alterações dessas cotas podem sem observadas no grá�co da Figura 3.9.
Figura 3.9: Grá�co de cota do aterro e progressão dos recalques pelo monitoramento
× Tempo
No grá�co da Figura 3.9 são apresentados também os valores de recalques obtidos
pelo monitoramento com o tempo. Nele foram indicados, através da mudança da
marcação de alguns pontos para triangulo com a borda vermelha, as leituras nas
quais foram feitas "zeragens". No caso de acompanhamento de recalques por placas
de recalque, eles são a diferença entre o valor atual da cota e o primeiro valor de cota
da ponta da haste da placa de recalque. No campo existem alguns fatores que podem
interferir nessa medição tornando a precisão do último valor de recalque calculado
64
duvidosa. Os fatores podem ser aumento de haste sem informação do comprimento
dessa adição, vandalismo, danos provocados na obra, podendo ser causados por
máquinas passando, e mudança de referencia de nível sem informar as diferenças
de cota da referência anterior para a nova. Esses fatores tem maiores chances de
aparecer no caso de obras de grandes dimensões, grande demanda de leituras da
instrumentação, e em ambientes onde não é possível fornecer restrições do acesso de
pessoas de fora a área da obra. Para evitar a imprecisão gerada por esses fatores, é
realizada a "zeragem"que é, no caso do monitoramento de placas de recalque, fazer
o cálculo do recalque desprezando o adicional de recalque entre a leitura atual e a
imediatamente anterior. Foi importante apontar as datas em que houve esse tipo
de prática para o cálculo do recalque, pois desse modo é possível ter uma avaliação
mais real da comparação com os dados obtidos pela análise numérica (seção 4.2).
65
Capítulo 4
Análise Numérica
Neste capítulo foi feita a comparação dos valores de recalque, medidos em campo
pelo monitoramento das placas de recalque, com os previstos por análise numérica,
gerados pelo modelo através do PLAXIS 2D. Esses resultados são relativos a seção
18+880, a qual foi apresentada no item 3.4. Na Figura 4.1 é esquematizado o modelo
que foi utilizado para a Análise 1 e serviu como base para os modelos da segunda e
terceira análises.
Figura 4.1: Modelo utilizado na Análise 1
4.1 Parâmetros Utilizados na Análise Numérica
Os parâmetros de�nidos para o uso na análise numérica foram brevemente abor-
dados no capítulo anterior. Eles foram de�nidos através das informações de projeto
disponibilizadas para a seção 18+880. As quatro camadas de argila mole foram
66
modeladas através do modelo Soft Soil como recomendado no item 2.5.1.2. Os pa-
râmetros relacionados a elas foram obtidos através de ensaios e estão apresentados
na Tabela 4.1.
Tabela 4.1: Parâmetros de Soft Soil utilizados na Análise 1Soft Soil Argila (A) Argila (B) Argila (C) Argila (D)
γd(kN/m3) 15,7 14,4 14,7 16,2
γsat(kN/m3) 15,7 14,4 14,7 16,2
kx (m/s) 5,56x10−9 2,31x10−9 1,97x10−9 1,85x10−9
ky (m/s) 2,78x10−9 1,16x10−9 9,95x10−10 9,38x10−10
Cc 0,76 1,49 1,34 0,5
Cs 0,09 0,21 0,2 0,06
e0 1,89 0,03 2,99 1,63
c′ref (kPa) 11 11 11 11
φ(°) 18 18 18 18
OCR 2 1,3 1,2 1,2
O peso especí�co, tanto seco (γd) quanto úmido (γn), e o índice de vazios
(e0) puderam ser determinados através de ensaios de caracterização descritos no
item 2.2.1.2. Para a determinação do peso especí�co saturado das camadas de ar-
gila foi estabelecido o mesmo valor do peso especí�co seco, pois utilizar esse valor
não representaria uma diferença expressiva nos recalques resultantes.
Para a determinação da permeabilidade vertical (κy) foram feitas na fase de pro-
jeto correlações a partir do coe�ciente de adensamento do solo (cv) e foi arbitrado no
projeto que seria considerada a permeabilidade horizontal como o dobro da vertical,
proporção de�nida em projeto. O coe�ciente de adensamento vertical do solo foi
obtido através de ensaios de adensamento no laboratório (item 2.2.1.3).
A partir dos ensaios de adensamento foram obtidos OCR, Cc e Cs, como mos-
trado no item 2.2.1.3. A amostra retirada para o ensaio foi feita com amostrador
tipo Shelby.
Os parâmetros obtidos através de ensaios triaxiais que foram usados, coesão (c)
e ângulo de atrito (φ), são de outro trecho da obra (seção 25+300), já que não foram
feitos esses tipos de ensaio em amostras do solo mais próxima à seção 18+880. Esses
67
parâmetros não chegam a ter relevância pois no modelo não se aproxima da ruptura,
porém o PLAXIS exige dados desses parâmetros no Input.
O modelo constitutivo Hardening Soil (explicitado no item 2.5.1.1) foi o utili-
zado para a modelagem dos aterros, bermas, areia de substituição, camada de areia
�na compacta do solo e do colchão drenante. Os parâmetros são mostrados na
Tabela 4.2.
Tabela 4.2: Parâmetros de Hardening Soil utilizados na Análise 1Hardening Soil Aterro Berma Areia de substituição Areia Fina 1 Areia Fina2 Colchão Drenante
γs(kN/m3) 20,00 18 18 19,5 19,5 19,5
γsat(kN/m3) 20,00 18 18 19,5 19,5 19,5
kx(m/s) 2,00x10−5 2,00x10−5 3,00x10−5 2,00x10−5 2,00x10−5 2,00x10−5
ky(m/s) 2,00x10−5 2,00x10−5 3,00x10−5 2,00x10−5 2,00x10−5 2,00x10−5
E50ref (kN/m
2) 25000 20000 10000 35000 35000 25000
Eoedref (kN/m2) 25000 20000 10000 35000 35000 25000
m 0,50 0,5 0,7 0,5 0,5 0,5
c′(kPa) 2,00 1 0 0 0 0
φ′(°) 35 32 29 37 37 37
ψ(°) 2 0 0 4 4 4
Eurref (kN/m2) 75000 60000 20000 105000 105000 75000
pref (kN/m2) 100,00 100 224 159,5 288,5 100
A camada mais profunda de areia compacta foi modelada com apenas 2 metros
de espessura, já que ela apresenta deslocamento bem menos expressivo que o das
camadas de argila acima dela.
Mesmo adotando os parâmetros de projeto neste trabalho, foi feita uma análise
comparativa dos parâmetros resultantes de ensaios realizados em seções próximas
à 18+880. Na Tabela 4.3 são exibidos parâmetros advindos de ensaios em 3 faixas
de profundidade diferentes e os parâmetros usados em projeto no modelo da seção
18+880 relativos a essas camadas em termo de profundidade.
Pode ser observada a maior compatibilidade dos parâmetros da seção 18+880
com os de resultado de ensaios da seção 18+800. No caso dessas duas seções, só
aparecem divergências quanto ao parâmetro de compressibilidade (cv) e ao OCR. Os
resultados da seção 19+000 chegam a se aproximar nos pesos especí�cos (γn) e no
coe�ciente de adensamento vertical (cv), mas não há clara proximidade dos valores
68
Tabela 4.3: Comparação dos parâmetros usados para modelar a seção 18+880 com
parâmetros resultantes de ensaio em seções próximas (BOUCH, 2017 [8])Profundidade(m) 18+880(Projeto) 18+800(Ensaio) 18+920(Ensaio) 19+000(Ensaio)
Cc2 a 2,5 1,49 1,49 1,28
3 a 3,5 1,49 0,72
4 a 4,5 1,34 1,34
Cr2 a 2,5 0,21 0,21 0,15
3 a 3,5 0,21 0,06
4 a 4,5 0,2 0,2
ch(m2/ano)2,01 5,68 20,2
4,05 5,68 4,7
6,01 9,46 16,7
cv(m2/ano)
2 a 2,5 2,84 0,18 0,26
3 a 3,5 2,84 2,27
4 a 4,5 2,84 0,47
OCR2 a 2,5 1,3 2,87 1,13
3 a 3,5 1,3
4 a 4,5 1,2 1,06
γn(kN/m3)2 a 2,5 1,44 1,44 1,36
3 a 3,5 1,44 1,53
4 a 4,5 1,47 1,39
e02 a 2,5 3,03 3,03 2,68
3 a 3,5 3,03 2,16
4 a 4,5 2,99 2,99
dos parâmetros. A seção 18+920 é a única na tabela para usar como comparativo
do coe�ciente de adensamento horizontal (ch) e mostrou maior compatibilidade só
na profundidade 4,05 m.
Os parâmetros da camada de areia compacta foram obtidos através de estu-
dos geotécnicos realizados na região. Já os materiais de aterro, berma e areia de
substituição tiveram como fonte relatórios técnicos. Para o colchão drenante não
foram encontrados os parâmetros no relatório técnico, logo, foram usados valores
de parâmetros estimados. Foram desconsideradas no modelo camadas subjacentes,
consideradas incompressíveis.
Além dos materiais citados acima, foram utilizados no modelo elementos de
geogrelha e drenos. A geogrelha transversal foi estipulada no modelo com elemento
com resistência a tração de 600 kN/m, valor igual ao fornecido em projeto. Os
drenos verticais �broquímicos foram modelados com o comportamento "normal"de
drenagem. A geometria desses dois elementos no modelo obedeceu à geometria de
projeto (Figura 3.8).
69
4.2 Análise no PLAXIS 2D
Na primeira tentativa de modelagem foram estabelecidas as fases de execução,
somente considerando a obra do segundo aterro como descritas no item 3.4, utili-
zando os parâmetros do item 4.1. Esse modelo indicou colapso do aterro na fase
inicial, em que havia somente o aterro antigo.
Como o aterro antigo já deveria estar estabilizado, foi considerado que os parâme-
tros usados para as camadas de solo foram estabelecidos previamente à construção
do aterro antigo. Com o objetivo de começar a de�nir as fases de execução do se-
gundo aterro só com o aterro antigo estabilizado, poropressões dissipadas, foram
modeladas as fases de subida do aterro antigo. Para essas fases foram de�nidos
intervalos de tempo e alturas de subida de aterro arbitrárias, alternando entre fases
plásticas e de consolidação, e com a última fase dessa primeira etapa terminando só
após a dissipação de um valor de poropressão mínimo. Depois dessa dissipação o
segundo aterro foi executado de acordo com o item 3.4.
Foi utilizada uma malha de elementos �nitos que seguiu a geometria da seção
analisada estabelecida de projeto e sua execução seguindo as informações de subida
de aterro da obra. A Figura 4.1 apresenta a geometria gerada no programa para
análise da seção.
4.2.1 Primeira Análise
Utilizando a geometria da Figura 3.7 e as as informações de cota de aterro cole-
tadas durante a obra, foram modeladas as diferentes fases para avaliar os desloca-
mentos gerados por cada carregamento, comparando em seguida com os resultados
da instrumentação. Abaixo estão as fases consideradas:
� Implantação dos drenos verticais;
� Primeiro Alteamento (200 cm);
� Segundo Alteamento (470 cm);
70
� Terceiro Alteamento (20 cm).
O desenho de projeto aponta uma sobrecarga de 60 cm de espessura que deveria
ser removida no �nal da obra porém essa informação não é compatível com os dados
de cota de aterro. Para designação das fases foi usada como base os dados de cota de
aterro. Logo, não foi considerada a espessura de 60 cm e sim de 20 cm de sobrecarga,
e ela não foi retirada no modelo.
Como explicado no item 4.2, as primeiras fases foram de subida do aterro antigo
e estabilização da poropressão do mesmo. A Figura 4.2 apresenta fase anterior ao
começo da construção do aterro novo.
Figura 4.2: Fase de pré-construção do segundo aterro
A de�nição do nível d'água foi estabelecida nas condições iniciais como sendo no
mesmo nível do terreno. Conforme apresentado na Figura 4.3.
Figura 4.3: Nível freático estabelecido
Após essa fase foram de�nidas as fases de construção do novo aterro, sendo a
primeira a implantação dos drenos verticais (Figura 4.4).
71
Figura 4.4: Primeira fase, implantação dos drenos verticais
Foi estipulado o período da primeira fase de 29 dias, pois é o período que come-
çaram a monitorar os recalques ainda sem alteamento. Após este período houve a
execução da primeira camada de berma e aterro, que durou 29 dias e resultou em
2 metros de aumento da cota de aterro. Juntamente com esse primeiro alteamento,
foi construído o colchão drenante e instalada a geogrelha acima dele (Figura 4.5).
Figura 4.5: Segunda fase, implantação do colchão drenante, geogrelha e alteamento
de 2 metros de berma e aterro
Foi dado um intervalo de 259 dias antes de começar a ser executado o segundo
alteamento, o qual levou 37 dias para subir uma espessura de 4,7 metros, atingindo
então a cota de 6,7 metros de aterro (Figura 4.6).
Figura 4.6: Terceira fase, alteamento de 4,7 metros de berma e aterro.
O aterro permaneceu 63 dias sem alteamento e após esse período foi executada
uma camada de 0,2 metros de aterro em 6 dias. Como não houve uma diminuição
abrupta de cota depois desse período, foi considerada que essa camada não foi usada
como sobrecarga temporária e permaneceu até o �m das leituras de cota de placa de
72
recalque 130 dias depois. Essa situação foi anteriormente explicitada no item 3.4.
A con�guração �nal é semelhante à Figura 4.7.
Figura 4.7: Quarta fase, alteamento de 0,2 metros de aterro.
Os maiores recalques foram observados no bordo esquerdo do aterro novo. A
Figura 4.8 apresenta os deslocamentos verticais totais, ou seja, após dissipar os
excessos de poropressão.
Figura 4.8: Deslocamento totais verticais na seção
Por meio da Figura 4.8 podemos observar o efeito de sobreadensamento gerado
pela geometria original do terreno. O maior deslocamento vertical aparece no bordo
esquerdo do aterro pois à direita o solo já tinha sido submetido a um estado de
tensões iniciais mais alto ganhando tendo assim ganhado mais resistência.
O progresso dos recalques obtidos pelo monitoramento das três placas de recalque
instaladas na seção estudada e a previsão da análise numérica ao longo das etapas
da obra estão apresentados nos grá�cos das Figuras 4.9, 4.10 e 4.11.
A placa PR1 é a mais afastada do aterro antigo (esquerda), PR2 está no centro
do aterro novo e PR3 é a mais próxima do aterro antigo (direita), como ilustrado
na Figura 3.8.
73
Figura 4.9: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 1 de acordo com o
monitoramento e de acordo com a análise numérica
Figura 4.10: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 2 de acordo com o
monitoramento e de acordo com a análise numérica
74
Figura 4.11: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 3 de acordo com o
monitoramento e de acordo com a análise numérica
Como pode ser observado, existe uma diferença razoável entre o resultado do mo-
nitoramento e da análise numérica. Os valores são mais próximos nas primeiras fases,
porém nas �nais eles vão se tornando mais destoantes. A três placas apresentam
recalques menores que os indicados pelo resultado do PLAXIS. Observada a maior
velocidade de recalque calculada pelo PLAXIS, pode-se supor que a permeabilidade
do modelo não esteja compatível com a real.
4.2.2 Segunda Análise
Para o desenvolvimento de uma segunda análise foi feita a avaliação dos recalques
para os caso de mau funcionamento dos elementos de drenagem ou a não implantação
deles. Foi feita então uma adaptação do modelo, retirando os drenos verticais e
substituindo o material do colchão drenante pelo material da berma. O modelo da
seção utilizado para esta análise pode ser visto na Figura 4.12.
75
Figura 4.12: Geometria da seção 18+880 usada para a segunda análise
Nas Figuras 4.13, 4.14 e 4.15 estão representadas as curvas de Recalque × Tempo
para as diferentes placas de recalque. Essas curvas foram plotadas pelo PLAXIS e
obtidas por monitoramento.
Figura 4.13: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 1 de acordo com o
monitoramento e de acordo com a segunda análise numérica
76
Figura 4.14: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 2 de acordo com o
monitoramento e de acordo com a segunda análise numérica
Figura 4.15: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 3 de acordo com o
monitoramento e de acordo com a segunda análise numérica
77
Na nova análise houve uma diminuição da diferença entre os resultados de recal-
que nas placas PR1, PR2 e PR3 quando comparado com a primeira análise, persis-
tindo a diferença de velocidade de recalque na últimas duas fases de alteamento. O
diagrama de deformações pode ser observado na Figura 4.16.
Figura 4.16: Diagrama de deslocamento referente a segunda análise, retirando os
elementos de drenagem da Análise 1
Pode ser observada nessa segunda análise que os deslocamentos se concentraram
ainda mais no bordo esquerdo, próximo à PR1.
4.2.3 Terceira Análise
A terceira análise foi feita com o objetivo de promover uma retroanálise das per-
meabilidades das camadas de argila. Foram feitas diversas tentativas de diminuição
da permeabilidade das argilas até encontrar o fator em que os recalques compatibili-
zassem. Para esse modelo a permeabilidade das camadas de argila foram diminuídas
20 vezes. Os valores foram mostrados na Tabela 4.4.
A geometria da seção e a disposição dos elementos e materiais permaneceram as
mesmas da Análise 1, a mesma da Figura 4.7.
O resultado da terceira análise, as curva de Recalque × Tempo previstas para as
diferentes placas pelo PLAXIS, assim como as previstas pelo monitoramento estão
ilustrados nos grá�cos das Figuras 4.17, 4.18 e 4.19.
Tabela 4.4: Parâmetros de permeabilidade das argilas utilizados na Análise 3Argila (A) Argila (B) Argila (C) Argila (D)
kx (m/s) 2,78x10−10 1,16x10−10 9,84x10−11 9,26x10−11
ky (m/s) 1,39x10−10 5,79x10−11 4,98x10−11 4,69x10−11
78
Figura 4.17: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 1 de acordo com o
monitoramento e de acordo com a terceira análise numérica
Figura 4.18: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 2 de acordo com o
monitoramento e de acordo com a terceira análise numérica
79
Figura 4.19: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 3 de acordo com o
monitoramento e de acordo com a terceira análise numérica
Nos grá�cos da terceira análise pôde ser observada uma compatibilidade maior
dos recalques na fase entre o primeiro e o segundo alteamento do que na Análise 1.
Em comparação com a Análise 2, o resultado da Análise 3 tem uma velocidade de
recalque mais compatível após o alteamento do segundo aterro. Porém, até mesmo a
terceira análise não apresenta a compatibilidade ideal dos grá�cos. Essa descompa-
tibilização pode se dar pela concentração de zeragens em um espaço relativamente
curto de tempo em uma fase crucial que é a maior subida de aterro dessa obra.
Como há grande movimentação de terra nesse período há grandes chances da haste
da placa ter sido dani�cada durante a operação das máquinas ou pela falta de cau-
tela na proteção da haste contra outros possíveis problemas. Tendo erros adivindos
da leitura da instrumentação, não é produtivo alterar ainda mais parâmetros para
buscar aproximar os resultados.
A ordem de grandeza da permeabilidade chega a 10−9cm/s que é considerada
como sendo baixíssima, chegando a ser só duas ordens de grandeza maior do que a
bentonita.
A disposição das intensidades de deslocamento nessa terceira análise permanece
similar a das análises anteriores. O diagrama dos deslocamentos dessa análise é dado
na Figura 4.20.
80
Figura 4.20: Diagrama de deslocamento referente a terceira análise, diminuindo 20
vezes os valores de permeabilidade das camadas de argila da Análise 1
81
Capítulo 5
Considerações �nais
5.1 Conclusão
A análise dos deslocamentos verticais das placas de recalque no PLAXIS 2D
foi feita seguindo as etapas de alteamento, executadas conforme os dados de cota
de aterro coletados durante a obra, e seguindo a geometria e soluções referentes à
seção estipulada em projeto. Foi feita uma avaliação da progressão dos recalques,
realizando-se uma comparação entre os valores obtidos pelo modelo numérico com
as leituras advindas do monitoramento da instrumentação em campo.
Esse estudo pôde ser realizado graças aos ensaios de laboratório, de campo e a
instrumentação instalada na obra. Devido à grande extensão da obra e à comple-
xidade do trabalho com solos moles, é essencial o acompanhamento dos recalques e
outros fatores como poropressão. Com eles se torna possível avaliar corretamente as
condições em campo e ter maior segurança dos futuros passos da execução.
Existem variadas soluções para construção de aterros sobre solos compressíveis.
Para a implantação de cada uma delas é necessário saber sua função e também as
circunstâncias da obra. Em obras ferroviárias ou rodoviárias é usual a existência de
diversas soluções de acordo com as condições de cada trecho, por se tratar de um
tipo de obra de grande extensão.
É importante ressaltar a importância dos investimentos em investigações para
82
tornar análises como as realizadas neste trabalho possíveis. Além de um número
reduzido de ensaios afetar muito a qualidade dos parâmetros usados para elaboração
do projeto, tanto para escolha de técnicas a serem usadas quanto prazos de execução.
Pode ser observada nas análises a in�uencia dos parâmetros de permeabilidade do
solo na progressão e estabilização dos recalques, sendo ele importante indicador para
estabelecer os futuros passos da obra. Apesar do tempo estabelecido em projeto,
somente após constatar a estabilização dos dados de instrumentação pôde ser dada
continuidade ao alteamento.
Foram constatados maiores deslocamentos verticais conforme as placas de recal-
que se distanciavam do aterro antigo. Esse fenômeno pode ser considerado como
resultado do ganho de rigidez do solo mais próximo dessa área, que havia recebido
carga anterior,estando assim mais consolidado.
Das análises das 3 placas pôde ser observada maior compatibilidade dos recal-
ques, na segunda e na terceira análise, no período entre o primeiro e o segundo
alteamento. As mudanças feitas depois da primeira análise (item 4.2.1) tiveram
como objetivo alterar as velocidades de recalque, interferindo na permeabilidade
do conjunto. A maior compatibilização dos recalques se deu na terceira análise
(item 4.2.3), em que foi feita a retroanálise dos parâmetros de permeabilidade das
camadas de solo mole abaixo dos aterros. Nela houve compatibilização aceitável dos
recalques após o primeiro alteamento e após o segundo alteamento foi possível notar
somente a maior compatibilidade da velocidade do recalque. Houve então, nessa fase
de execução, uma diferença de valores que pode ser vista como um deslocamento da
curva de recalque.
Essa diferença pode se dar por problemas durante o monitoramento como dani-
�cação das placas de recalque, mudança de referência de nível ou acompanhamento
incorreto do aumento de haste. Quando esses eventos ocorrem durante a subida
de aterro, que é quando há a maior variação de carga, pode representar uma dife-
rença relevante no valor �nal do recalque. Por isso é importante ter cuidado tanto
com a interpretação dos dados que vem do campo quanto com a integridade dos
instrumentos.
83
Com a proximidade maior dos resultados da terceira análise, pode ser consi-
derada a possibilidade de ter sido mais acurada a permeabilidade considerada em
projeto. Deve ser também considerada, com menos enfoque, a possibilidade de mau
funcionamento dos elementos de drenagem estabelecidos para o trecho trabalhado,
como abordava a hipótese no item 4.2.3. Porém, para todas as análises, não foi
possível aproximar os resultados do modelo numérico com os de instrumentação de
forma integral.
5.2 Sugestão para trabalhos futuros
Nas análises efetuadas neste trabalho não foi abordada a possibilidade de ajuste
do coe�ciente de compressibilidade (av) e de outros parâmetros oriundos do ensaio
de adensamento. A sugestão para novos trabalhos seria a elaboração de uma análise
crítica do uso desses parâmetros no modelo ao longo da obra.
84
Referências
[1] ABNT � Associação Brasileira de Normas Técnicas, R. d. J.
NBR10905, Solo - Ensaios de palheta in situ - Método de ensaio, 1989.
[2] ABNT � Associação Brasileira de Normas Técnicas, R. d. J.
NBR12007, Solo - Ensaio de adensamento unidimensional, 1991.
[3] ABNT � Associação Brasileira de Normas Técnicas, R. d. J.
NBR6484, Solo - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método
de ensaio, 1997.
[4] ABNT � Associação Brasileira de Normas Técnicas, R. d. J.
NBR7180,Determinação dos limites de plasticidade, 2016.
[5] ALMEIDA, M. DE S. S. MARQUES, M. E. S. Aterro sobre solos moles,
2ª ed. O�cina De Textos, 2010.
[6] ARAÚJO, G. L. S. Retroanélise de encontros de pontes reforçados sobre solos
moles. Dissertação de mestrado em Geotecnia, Engenharia Civil, Universidade
de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Engenharia Civil e Ambiental (2004).
[7] BJERRUM, l. �Problems of soil mechanics and construction on soft clays and
structurally unstable soils (collapsible, expansive and others)�. Proceedings of
the 8th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Enginee-
ring, Moscow, 3:111-159., 1973.
[8] BOUCH, L. H. M. Análise da previsão de recalques em uma obra de aterro
sobre solo mole através de modelagem numérica bidimensional pelo método dos
elementos �nitos. Trabalho de Conclusão de Curso, UFRJ (2017).
85
[9] BRINKGREVE, B. J. �e�cient modelling of pile foundations in the �nite
element method�. Deep Foundations Institute Middle East Conference, Dubai
(2014).
[10] CHANDLER, R. The in-situ measurement of the undrained shear strength of
clays using the �eld vane, 4th ed. American Society for Testing and Materials,
Philadelphia, 1988.
[11] DANZIGER, F. A. B. Ensaio de Plaheta (Vane Test) ou EPC (Ensaio de
Palheta de Campo). Slides da Aula de Ensaios de Campo/UFRJ, Rio de Janeiro,
RJ, Brasil, 2015.
[12] DOMINONI, C. M. B. Análise de estabilidade e compressibilidade de um
aterro sobre solo mole no porto de suape, região metropolitana do recife. Tra-
balho de Conclusão de Curso, UFRJ (2011).
[13] ENGENHARIA, C. Manual de instrumentação geotécnica - http: // www.
commetro. com. br/ , 2017.
[14] FREITAS, A. C. Compressibilidade e adensamento. Slides da Aula de Obras
de Terra/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 2016.
[15] FUTAI, M. M. Vane Test Ensaio de Palheta. Slides da Aula de Ensaio de
campo e instrumentação de obras/USP, SÃO PAULO, SP, Brasil, 2018.
[16] GEOKON. Geotechnical instrumentation products catalogs, Lebanon, USA.,
2011.
[17] GOOGLE. Google maps, 2017.
[18] LAMBE, T. W. WHITMAN, R. V. Soil Mechanics, 1st ed. Wiley, 1969.
[19] LEROUEIL, S. Critical State Soil Mechanic and Behavior of Real Soils, Recent
Development and Soil and Pavement Mechanics. ed. Almeida, 1997.
[20] MARTINS, I. S. M. Adensamento. Slides da Aula de Adensamento/UFRJ,
Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 2016.
86
[21] MOLINA, W. F. Comportamento Mecânico do Solo em Operações Agrícolas.
ed. do autor, 2017.
[22] PINTO, C. D. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos, 3ª ed. O�cina De
Textos, 2006.
[23] PINTO, L. S. S. Comparação entre aterros reforçados por colunas de brita e
por colunas de deep soil mixing para um caso especí�co. Projeto de Graduação,
Engenharia Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, (2016).
[24] PLAXIS. Manual Plaxis 2D, 2017.
[25] ROZA, F. C. Comportamento de obras sobre solos moles com coluna de brita.
Dissertação de mestrado, Engenharia Civil, COPPE, da Universidade Federal
do Rio de Janeiro, (2012).
[26] SCHNAID, F. ODEBRECHT, E. Ensaios de campo e sua aplicação à enge-
nharia de fundações, 2ª ed. O�cina dos Textos, São Paulo, 2012.
[27] TEH, C. I. e HOULSBY, G. T. An analytical study of cone penetration test
in clay. University of Oxford, UK (1989).
[28] UFBA Escola Politécnica Laboratório de Geotecnia, u. Adensa-
mento, 2018.
87