O Programa e o Grupo - Apresentação do PowerPointexecutadas sobre solos moles; • Métodos construtivos em aterros sobre solos moles; • Escolhas de soluções em função das

Palestrante:

Universidade Federal do Rio Grande – FURG

Escola de Engenharia

Programa de Pós Graduação em Engenharia Oceânica

Junho de 2020

FURG

Prof. Dr. Diego Fagundes

FURG

Prof. Dr. Diego Fagundes 2

• Problemas geotécnicos relacionados a obras

executadas sobre solos moles;

• Métodos construtivos em aterros sobre solos moles;

• Escolhas de soluções em função das características

do solo local em um caso de obra.

TÓPICOS



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O que são solos moles?

• Solos moles são, em geral, solos argilosos sedimentares tipicamente encontrados na região da costa brasileira;

• Possuem alta compressibilidade e baixa capacidade de carga, sendo inadequados para suportar cargas de aterros;

• Muitas obras de infraestrutura precisam ser executadas nestes solos como: rodovias, portos, aeroportos, canais, encontro de pontes, depósitos e etc.



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O que são solos moles?



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Desafios: Controle de recalques e estabilidade



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Aracaju – Sergipettps://www.facebook.com/fgsgeotecnia/photos/a.11650

04406908505/1165007600241519/?type=3&theater

Presidente Prudente – São Paulohttp://softsoilgroup.com.br/geoenrijecimento-para-

interromper-recalques-em-rodovias/



http://softsoilgroup.com.br/geoenrijecimento-para-interromper-recalques-em-rodovias/


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Navegantes – SCBR-470, trecho de Gaspar a Navegantes



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Almeida et al (XXXX) – SEFE YY


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Rio de Janeiro - RJ

Escola do SESC



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Rio de Janeiro - RJ

Vila do Pan


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Rio Grande - RS



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Rio Grande - RS


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Nantes - FR



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➢Estratigrafia do terreno;

➢Propriedades geotécnicas;

➢Tipo de utilização da área;

➢Prazos construtivos;

➢Custos.

Investigação

de qualidade

Fatores determinantes na escolha da solução



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Metodologias construtivas


Almeida e Marques (2010)


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Remoção ou substituição do solo mole


Almeida e Marques (2010)


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Remoção ou substituição do solo mole

Ruptura lateral controlada e abertura de uma cava para

“facilitar” o embutimento

Remoção de argila e execução do dique.

Obs: viável em depósitos pouco extensos e espessuras inferiores a 3-4 m.



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Sobrecarga temporária

Construção do aterro com uma altura de 25% a 30% superior à

altura de projeto (mas ainda inferior à altura crítica da fundação);

A sobrecarga é mantida por um determinado período de tempo

e então removida;

Aceleração dos recalques: o emprego da sobrecarga conduz ao

recalque total em um tempo mais curto;

Gerealmente utilizada em combinação com drenos verticais.



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Exemplo: aceleração com sobrecarga


at = 17 kN/m3 ; hat = 2 m

Argila mole; OCR = 1;

CR= Cc/(1 + eo) = 0,40;

arg = 14 kN/m3 ; harg = 10 m

cv = 5,0 x 10-8 m2/s (drenagem dupla)

Hat DH

2 m 1,26 m

2 m + 0,5 m 1,50 m

2 m + 1 m 1,72 m

hsob = 0,5 m ou 1 mSobrecarga

temporária

com

submersão


FURG


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

Rec

alq

ue

(m)

Tempo (meses)

Hat = 2 m

Hat = 2 m + 0,5 m

Hat = 2m + 1 m

22

Exemplo: aceleração com sobrecarga


Hat = 2 m t95% = 218 meses

Hat = 2,5 m t95% = 109 meses

Hat = 3 m t95% = 77 meses


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Drenos verticais ou fibroquímicos

Obs: não reduz a magnitude dos recalques

Aceleração de recalques em função do adensamento

radial e vertical combinados



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Execução de um aterro de conquista para cravação de drenos



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FURG


Exemplo: aceleração com sobrecarga + drenos


at = 17 kN/m3 ; hat = 2 m

Argila mole; OCR = 1;

CR= Cc/(1 + eo) = 0,40;

arg = 14 kN/m3 ; harg = 10 m

cv = 5,0 x 10-8 m2/s (drenagem dupla)

Hat DH

2 m 1,26 m

2 m + 2 m 2,12 m

hsob = 0,5 m ou 1 mSobrecarga

temporária

* com submersão

ch = 2*cv;

de = 2,0m

s = 1,5

Kh/kh’ = 1,5

Característica dos drenos


FURG


0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

Re

calq

ue

(m

)

Tempo (meses)

Hat = 2 m (sem drenos)

Hat = 2m + 0,5 m (sem drenos)

Hat = 2 m (com drenos)

Hat = 2m + 0,5 m (com drenos)

28

Exemplo: aceleração com sobrecarga + drenos


Sem drenos

Hat = 2 m t95% ≈ 218 meses

Hat = 2,5 m t95% ≈ 109 meses

Com drenos

Hat = 2 m t95% ≈ 11 meses

Hat = 2,5 m t95% ≈ 6 meses


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Construção em etapas

∆h1 (t1)

t1

∆h1 (t)

∆h2 (t*)

h1+h2

h1

t

t*

h (espessura de aterro)

Execução da altura total de aterro em duas ou três etapas.

Permite a execução de aterros com altura final superior à altura crítica inicial.Esta solução pode implicar em longos períodos de execução para a obra.

Ganho de Su com o tempo:

Su = C . s´v, onde C = 0,25



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Reforço com bermas laterais

Aumento do FS, pelo aumento do peso na região ativa da cunha

de ruptura, e alongamento das superfícies mais críticas.

Bancadas laterais de menor

altura, empregadas para equilíbrio

e estabilização do aterro principal



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Reforço com bermas laterais



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Prof. Dr. Diego Fagundes 32Prof. Dr. Diego Fagundes

Reforço com Geossintéticos


FURG



Reforço da basal do aterro com a introdução de

elementos geossintéticos com boa resistência à tração

Geogrelha



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Reforço da basal do aterro com a introdução de

elementos geossintéticos com boa resistência à tração

Utilização de reforço com geotêxtil tecido para

execução de aterro de conquista

Geotêxtil tecido



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Estabilidade Global: berma e reforço


Método de Spencer

Reforço de 200 kN/m

Exemplo: analise de

estabilidade de aterro sobre

solo mole sem reforço


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Aterros leves

Material Peso específico (kN/m³)

Poliestireno expandido – EPS (isopor ou similar) 0,30

Tubos de concreto (função do diâmetro e espessura da parede) 4

Pneus picados 6

Argila expandida 10

Serragem 10



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Aterros leves

EPS em aterros sobre solos moles

(Lima e Almeida, 2009)



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Aterros leves

EPS em encontro de ponte sobre solos moles



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Colunas brita ou colunas de granulares

• Su da argila mole > 7,5 kPa

• diâmetro 0,6 a 1 m

• espaçamento 1,5 m a 3 m

• f solo granular 36° a 45°

• Estabilização dos

recalques de 3 a 6 meses



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Vibrosubistituição


Processo Úmido – “Top Feed“Processo Seco – “Bottom Feed“

Diâmetro da brita: 40 - 70 mm

Colunas mais esbeltas

Diâmetro da brita: 40 - 70 mm

Colunas com maior diâmetro



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Colunas granulares encamisadas


1) Inserção do

geossintético no

tubo metálico

depois deste ter

sido inserido no

solo.

2) Preenchimento

do geossintético

com o material

granular.

3) Preparação para

a returada do

tubo metálico por

vibração.

4) Final do processo. O

tubo metálico foi

retirado (neste

momento a ponta

ponta no fundo é

aberta).

Vibrador


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• Solos muito moles com pouca

capacidade de suporte lateral;

• Prevenir a mistura da argila e o

material da coluna granular.

• Aumento da capacidade de carga

com a inserção do reforço;

• Redução de recalque diferencial

no topo do aterro;

• Aceleração do adensamento;




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Coluna granular

CargaNT

Confinamento lateral do solo na coluna encamisada

Solo competente

Geosintético



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• Menor tempo

construtivo final;

• Redução do volumes

de aterro da jazida e

bota-fora;

• Liberação da obra logo

após a conclusão do

aterro;

• Minimiza operações de

manutenção ao longo

da vida útil;

Aterro estruturado ou aterro estaqueado



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Sequência construtiva




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Perda do contato entre o solo mole e o geossintético

Eficiência = 100% (efeito de arqueamento + efeito de membrana)




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Jet Grouting – Mistura de solo cimento

Injeção sob pressão e alta velocidade de calda de cimento,

formando colunas com o solo desagregado pela rotação.



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Deep Soil Mixing – Mistura de solo cimento

• Diâmetro de 0,60 a 1,20 m e

comprimento até 25 m;

• Colunas semirrígida, Resistência de

2 ou 3 MPa e baixa permeabilidade.

Comparação com Jet Grouting:

• Baixo refluxo de cimento na injeção;

• Reduzido consumo de cimento;

• Carga das colunas DSM é menor



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Deep Soil Mixing – Mistura de solo cimento



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Aterro Estruturado com colunas de DSM

Ampliação do Aeroporto Salgado Filho – TECA e Lado AR

Porto Alegre / RS – Brasil

Almeida et al (2015) e Assis (2015)



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aterro teste

colunas

exumadas



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colunas

de DSM

geotextil de

proteção

geogrelha




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Estabilização de massa – STABTEC

Estabilização por adição de aglomerantes seco (Dry Mix). A

mistura mecânica feita na condição saturada abaixo do N.A.



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Estabilização de massa – STABTEC



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Outras técnicas de tratamento de solo mole

➢ Précarregmento com vácuo;

➢ Consolidação Profunda Radial – CPR:

bulbos de solo enrrijecidos + geodrenos

➢ Misturas de solo com outros aglomerantes,

exemplo: colunas de cal;

➢ Congelamento do solo;

➢Adensamento por Eletro-osmose



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Caso 1 – Informações do projeto

• Centro de treinamento

da CBF na Barra da

Tijuca – RJ

• 87.000m²: com campo

de futebol, edifícios e

estacionamentos.

• 38 sondagens e 2 ilhas

de investigação (CPTu e

Vane test);

• Coleta de amostra para

ensaios de adensamento

e caracterização.



FURG


Caso 1 – Resultados das sondagens

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 500 1000 1500 2000 2500

prof. X qT_Ilha 1

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 20 40 60

prof. X fs_Ilha 1

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 200 400 600 800 1000

prof. X u1_Ilha 1

prof. X u2_Ilha 1

prof. X u0_Ilha 1

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SPT 12 - Ilha 1

NSPT

Pro

fun

did

ad

e (

m)

Isoespessuras da

camada de argila mole



FURG


Caso 1 – Resultados de CPTu e Vane

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 10 20 30 40

Ilha 1_Nkt=15

Ilha 1_Su(proj)_Vane

Su(proj) x Profundidade

Su(proj) ~ 15 kPa

Su(proj) ~ 20 kPa

Su(proj) ~ 20 kPa

Su(proj) ~ 15 kPa

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 10 20 30 40

Ilha 1_Nkt=15

Ilha 1_Su_Vane

Su x Profundidade

Su ~ 30 kPa

Su ~ 30 kPa

Su ~ 24 kPa

Su ~ 22 kPaP

rofu

nd

ida

de

(m

)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 500 1000 1500 2000 2500

prof. X qT_Ilha 1

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 20 40 60

prof. X fs_Ilha 1

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 200 400 600 800 1000

prof. X u1_Ilha 1

prof. X u2_Ilha 1

prof. X u0_Ilha 1

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SPT 12 - Ilha 1

NSPT

Pro

fun

did

ad

e (

m)

Resultados das Ilhas de investigações geotecnicas

CPTu Vane



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• Espessuras da camada variável: áreas inferiores a 3

m de espessura e áreas com espessuras até 22 m;

• Tipo de obra: aterros no entorno de prédios, campos

de futebol, estacionamentos e etc;

• Valores de Su > 15 kPa;

• Prazo exíguo para execução da obra pequenos:

Estudo de viabilidade executado ≈ 26 meses antes da

previsão de conclusão (02/12 – 04/14)

• Aterros com altura de 1,5 a 2,8 m.

Caso 1 – Interpretação e escolha da solução



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Custo:

Substituição de solo: R$ 300/m2



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SOLUÇÃO 1 - Aterros reforçados com bermas sobre drenos verticais

com sobrecarga temporária e construção em etapas

Pré-dimensionamento: drenos espaçados de 1,50 m.

Prazos: Tempo total: 22 meses; Recalque médio estimados 1,50 m.

a) 3 meses para executar aterro de conquista, cravar drenos, instalar colchão

drenante e reforço e altear aterro;

b) cerca de 8 meses para adensamento na etapa 1;

c) 1,5 mês para altear 2a. etapa;

d) cerca de 8 meses para adensamento na etapa 2;

e) 1,5 mês para descarregar sobrecarga;

Custos: Aterros reforçados com bermas sobre drenos verticais com

sobrecarga temporária e construção em etapas: R$ 350/m2 (ref. de 2012).




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SOLUÇÃO 2 - Aterros sobre colunas granulares

Pré-dimensionamento: colunas espaçadas de 2,40 m.

de brita tradicionais com diâmetro de 0,90 m

de areia encamisadas com diâmetro de 0,80 m

Prazos: Tempo total de 10 meses; Recalque médio estimados 0,40 m.

a) 4 meses para executar aterro de conquista, cravar colunas, instalar

colchão drenante e altear aterro;

b) cerca de 4,5 meses para adensamento;

c) cerca de 8 meses para adensamento na etapa 1;

d) 1,5 mes para descarregar sobrecarga;

Custos: Aterros sobre colunas de brita convencionais e encamisadas a R$

450/m2 a R$ 550/ m2 (ref. de 2012).




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Comentários finais

• Técnicas construtivas clássicas:

drenos verticais com sobrecarga, reforço com

geogrelha e bermas, aterros construídos em

etapas e aterros de ponta;

• Técnicas construtivas “especiais”: aterros leves e

aterros suportados por colunas: colunas de brita,

colunas granulares encamisadas, colunas de solo

cimento - DSM, aterro estaqueado com capitéis,

entre outros;

• Outras técnicas tratamento menos convencionais.



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