Projecto Geotécnico Trab1

Projecto GeotcnicoExecuo de um Aterro para Construo de uma Linha FerroviriaJoo Gonalves n27944 Pedro Almeida n27900 Joo Mirante n27359

Monte da Caparica, 18-02-2011

ndice1. 2. Introduo ............................................................................................................................. 4 Plano de Prospeco Geotcnica .......................................................................................... 5 2.1 Ensaio SPT Standard Penetration Test ............................................................................. 5 2.2 Ensaio CPTu Cone Penetration Test (com medio de presses intersticiais) ................. 6 2.3 Ensaio Molinete (Vane Test) ............................................................................................... 6 2.4 Anlise Granulomtrica e Limites de Consistncia ............................................................. 7 2.5 Ensaio Edomtrico............................................................................................................... 7 2.6 Ensaio Triaxial...................................................................................................................... 8 3. Caracterizao do terreno ..................................................................................................... 9 3.1 Perfil geotcnico.................................................................................................................. 9 3.2 Ensaio SPT Standard Penetration Test ............................................................................. 9 3.2.1 Correco medida NSPT ............................................................................................ 10 3.2.2 ngulo de atrito.......................................................................................................... 11 3.3 Anlise Granulomtrica e Limites de Consistncia ........................................................... 15 3.4 Ensaio CPTu Cone Penetration Test (com medio de presses intersticiais) ............... 17 3.4.1 Nvel fretico .............................................................................................................. 17 3.4.2 Resistncia no drenada ............................................................................................ 19 3.5 Ensaio Robertson & Campanella ....................................................................................... 20 3.6 Ensaio Molinete ( Vane Test) ............................................................................................ 20 3.7 Ensaio Triaxial .................................................................................................................... 22 3.8 Ensaio Edomtrico............................................................................................................. 26 4. Desenvolvimento do projecto ............................................................................................. 29 4.1 Clculo de estabilidade ..................................................................................................... 29 4.1.1 Parmetros usados ..................................................................................................... 29 4.2 Mtodo de anlise do Geo-Slope ...................................................................................... 29 4.2.1 Fases de clculo .......................................................................................................... 29 4.3 Clculo dos assentamentos ............................................................................................... 32 4.4 Procedimento de clculo:.................................................................................................. 32 4.5 Soluo adoptada para a acelerao da consolidao - malha de geodrenos ................. 36 4.6 Outras solues possveis.................................................................................................. 37 5. Plano de Observao da Obra ............................................................................................. 38 5.1 Inclinmetros e Clulas de Carga ...................................................................................... 38 5.2 Marcas de Assentamento.................................................................................................. 38 2

5.3 Informao Complementar ............................................................................................... 39 6. 7. Bibliografia .......................................................................................................................... 40 Anexos (Tabelas e Peas Desenhadas) ................................................................................ 41 7.1 ngulo de atrito por Shioi e Fukui ..................................................................................... 41 7.2 ngulo de atrito por Kulhawy e Mayne ............................................................................ 43 7.3 ngulo de atrito por de Mello e por Bolton ...................................................................... 45 7.4 Grficos com a variao do ngulo de atrito com a profundidade, por correlaes SPT . 47 Anexo 1 - baco Robertson & Campanella ............................................................................. 49 Anexo 1A - Projecto de execuo Anexo 2A - Plano de Observao

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1. IntroduoO traado de uma linha ferroviria envolve diversas e complexas fases. O elemento em estudo que aqui se apresenta ir incidir sobre a construo de um aterro para um troo na zona da Azambuja que atravessa uma baixa aluvionar. Apresentar-se-o todos os passos efectuados para uma correcta e cuidada execuo do preenchimento da zona em anlise. Em primeiro lugar, foi pensado um plano de prospeco geotcnica do terreno. Para tal, optou-se pela realizao de ensaios laboratoriais para a caracterizao do solo em estudo assim como alguns ensaios in situ. Por motivos que sero apresentados no decurso deste documento foram realizados ensaios de Analise Granulomtrica, Determinao dos Limites de Consistncia, Ensaios Edomtricos, Ensaios Triaxiais, Ensaios Molinete, Ensaios SPT assim como Ensaios CPTU. Obtidos os resultados dos ensaios apresentados anteriormente foram encontradas relaes entre estes para poder ser caracterizado convenientemente o solo em estudo. Tendo estes parmetros caractersticos do solo, assim como o perfil transversal tipo do aterro pretendido, foram efectuados todos os clculos que permitiram encontrar uma soluo satisfatria, tanto em termos de execuo como em termos de segurana da obra. Seguidamente, apresentar-se- de uma forma detalhada todos os passos para a concepo e correcto dimensionamento do aterro em construo. Ser tambm importante referir que tambm ser descrita toda a instrumentao necessria para a observao do processo construtivo e vida til da obra, aspecto este de vital importncia para que sejam minimizados os imprevistos ao longo da execuo e utilizao desta.

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2. Plano de Prospeco GeotcnicaTendo presente o objectivo de uma boa caracterizao geolgica do terreno onde ir ser edificado o aterro foram pedidos ensaios de prospeco geotcnica cujos principais princpios assim como os motivos que levaram a terem sido adoptados se descrevem seguidamente:

2.1 Ensaio SPT Standard Penetration TestO Ensaio SPT (ensaio de penetrao dinmica) trata-se de um ensaio de campo realizado in situ, na base dum furo de sondagem atravs dum amostrador (pilo com 63,5 kg de massa e altura de queda de 760mm) cravado no terreno. Caracterizado como um ensaio expedito e pouco dispendioso provavelmente o ensaio mais utilizado no nosso pas sendo que quase sempre feito na prospeco geotcnica em Portugal. Esta grande utilizao fez com que os engenheiros e tcnicos portugueses ganhassem uma experincia e uma prtica com este ensaio que torna ainda mais vantajosa a sua utilizao. Por exemplo, um engenheiro consegue facilmente interpretar os resultados do ensaio SPT, porque j tem grande experiencia de anlise de resultados deste ensaio. A grande experiencia na utilizao deste ensaio deu como fruto uma grande quantidade de correlaes. Apenas do parmetro que sai do ensaio (o NSPT) podem tirar-se diversos parmetros, que avaliam vrias caractersticas (resistncia, reformabilidade, etc). Na verdade, a qualidade dos resultados sados do SPT no muito boa, se comparada com a de outros ensaios, como por exemplo o CPT, que mais fivel. Mas a quantidade de parmetros que se podem retirar, por correlaes, dos resultados do SPT faz com que este ensaio continue a ser bastante usado. Sobre isto deve-se dizer que retirar vrios parmetros de um valor apenas NSPT faz com que estes valores possam no ser muito fiveis. Sendo assim, muitos destes devem ser indicativos ou para comparar com outros mais fiveis, de modo a confirm-los. o que se fez na prospeco geotcnica desta obra. Foram pedidas 4 sondagens. Ser importante referir a cota e o km a que estas foram realizadas: Sondagem S101 ao km 10+900 com uma cota boca de 4,2m, Sondagem S102 ao km 11+210 com uma cota boca de 4,3m, Sondagem S103 ao km 11+420 com uma cota boca de 4,4m e Sondagem S104 ao km 11+510 com uma cota boca de 4,4m. 5

Estes elementos sero importantes para, em primeiro lugar, ser obtido um perfil longitudinal da rea onde ir ser construdo o aterro e, em segundo lugar, atravs de correlaes mencionadas anteriormente, descortinar alguns dos parmetros caractersticos do solo que sero descritos mais detalhadamente no captulo seguinte.

2.2 Ensaio CPTu Cone Penetration Test (com medio de presses intersticiais)Utilizado em solos moles, ajuda a definir a espessura destes em relao a outros mais resistentes, mede as resistncias de ponta e as resistncias laterais. Ser aqui tambm importante referir a cota e o km em que este ensaio foi realizado: Sondagem CPTU1 ao km 11+100 e a uma cota boca de 4,2m, Sondagem CPTU2 ao km 11+300 e cota boca de 4,5m, Sondagem CPTU3 ao km 11+430 e cota boca de 4,4m e finalmente a Sondagem CPTU4 ao km 11+590 e cota boca de 4,5m. Julgou-se de exclusiva utilidade incluir o ensaio CPTU neste plano de prospeco pois permite a medio de presses intersticiais assim como estabelecer correlaes com outros parmetros caractersticos do solo.

Figura 1 - Interpretao CPTU

2.3 Ensaio Molinete (Vane Test)O Ensaio Molinete (ou ensaio de corte rotativo) aplica-se para solos argilosos moles sendo til para determinar a resistncia no drenada de pico e residual do solo. Foi includo neste plano de prospeco geotcnica pois sero relacionados estes valores de resistncia ao corte da camada lodosa com outros obtidos atravs de outros ensaios mais detalhadamente neste documento. 6

2.4 Anlise Granulomtrica e Limites de ConsistnciaForam recolhidas amostras de solo a diferentes profundidades nos furos de sondagem utilizados para o Ensaio SPT. Para S101 dos 5,0-5,6 (m) e 7,0-7,0 (m) para S102 dos 6,5-6,9 (m), 6,6-6,6 (m) e 7,0-7,0 (m) para S103 dos 5,0-5,40 (m) e 6,0-6,0 (m) e finalmente para S104 dos 14,6-15,0 (m) e 12,0-12,0 (m). Para solos grossos utilizou-se a peneirao mas, para solos finos (siltes e argilas, com partculas menores que 0,075mm (#200)), o clculo dos dimetros equivalentes foi feito a partir dos resultados obtidos durante a sedimentao de uma certa quantidade de slidos num meio lquido. Esta analise granulomtrica para alm do pouco custo que acarreta importante para um melhor conhecimento do solo do problema em estudo fornecendo tambm importantes informaes relacionadas com a dimenso dos seus elementos. Foram tambm determinadas para estas amostras os seus limites de consistncia. O Limite de Liquidez, o Limite de Plasticidade que permitiu descortinar o respectivo ndice de Plasticidade dado por IP=LL-LP.

2.5 Ensaio EdomtricoEnsaio efectuado em laboratrio, de grande importncia no estudo do macio terroso, especialmente no que diz respeito sua resposta em termos de deformabilidade, efeito que ser de extrema importncia no decorrer do projecto. Num ensaio edomtrico so obtidas as leituras da altura da amostra ao longo do tempo (em geral 24h) para cada escalo de carga. A partir dos resultados possvel obter: Uma curva (H - log t) por cada escalo de carga ou descarga, as quais permitem estimar o parmetro do solo que determina o tempo de consolidao - coeficiente de consolidao, cv; O valor do ndice de vazios, e, em cada instante, com base em e0 (sendo o ndice de vazios correspondente a uma tenso efectiva vertical de 1kPa); Uma relao (e - 'v), que permite estimar o valor das deformaes numa camada de solo sob um determinado carregamento; Uma relao (e-log 'v), com base na qual se pode estimar o valor da tenso de prconsolidao (p), e o valor das deformaes numa camada de solo sob um determinado carregamento; Da relao (e-log 'v), possvel igualmente aferir o ndice de recompressibilidade, Cr (declive do ramo de recarga ou descarga durante o ensaio Solo sobre consolidado) e 7

o ndice de compressibilidade, Cc (declive do ramo virgem, no caso do solo nunca ter experimentado uma tenso vertical efectiva superior a experimentada no dado momento Solo normalmente consolidado) Valor de ndice de Permeabilidade, K que subsiste em avaliar a velocidade com que o escoamento percola atravs das camadas de solo.

2.6 Ensaio TriaxialO Ensaio Triaxial clssico consiste em levar rotura um provete de um determinado material mantendo constante a presso da cmara (3) e incrementando sucessivamente uma fora deviatrica (1).

Figura 2-Esquema do ensaio Triaxial

No plano de prospeco geotcnica optou-se pela realizao de nove ensaios triaxiais. Apesar do elevado custo inerente deste ensaio laboratorial, recolheram-se amostras da camada lodosa de solo identificada no ensaio SPT qual de procedeu aos respectivos ensaios. Esta opo justifica-se pela boa qualidade dos parmetros de resistncia que o ensaio triaxial nos fornece

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3. Caracterizao do terreno3.1 Perfil geotcnicoEm primeiro lugar ser importante referir como foi obtido o perfil do terreno onde ir ser construdo o aterro em estudo. Atravs das 4 sondagens pedidas no ensaio SPT foi possvel descortinar as camadas dos diferentes tipos de solo na situao em anlise. Para efeitos de clculo foram realizadas algumas simplificaes pois considerou-se que no seria de particular utilidade calcular detalhadamente as diversas camadas de solo. Assim, neste caso em particular, foram consideradas apenas 3 camadas diferentes de terreno, a superficial e de espessura reduzida composta por solo orgnico, uma intermdia constituda por uma areia e finalmente, uma camada lodosa no nvel inferior (Consultar Anexo A1).

Figura 3-Perfil longitudinal

3.2 Ensaio SPT Standard Penetration TestTal como foi descrito anteriormente a primeira grande utilidade do ensaio SPT foi permitir identificar as diferentes profundidades e espessuras presentes dos solos existentes no local. Seguidamente, e atravs de correlaes, obtiveram-se alguns parmetros

caractersticos dos diferentes solos existentes. Os valores obtidos iro ser cruzados com os resultados obtidos pelos outros ensaios descritos no Plano de Prospeco Geotcnica. O SPT tem sido usado em correlaes para os seguintes parmetros: Peso volmico - Densidade relativa - Dr ngulo de atrito - Resistncia no drenada - cu Mdulo de deformabilidade E

Para determinar, por correlao, cada um destes parmetros, existem vrias frmulas que se podem usar. Vrios autores publicaram frmulas sendo que os projectistas usam as que 9

considerem serem as mais adequadas. Cada projectista, com a experiencia, vai adoptando certas correlaes em detrimento de outras. uma opo, isto porque no h frmulas oficiais. Muitas das correlaes que se podem usar so questionveis. Algumas so baseadas numa base de dados pequena, ou em solos especficos, o que faz com que o uso em todos os tipos de solo seja incorrecto. Na caracterizao do terreno em anlise, fez-se uma utilizao de algumas correlaes retiradas de livros importantes de geotecnia. Para a determinao de cada parmetro procuraram-se usar vrias correlaes de modo a tornar mais fiveis os resultados obtidos. De seguida descrito o mtodo de determinao de cada parmetro por correlao. 3.2.1 Correco medida NSPT A energia que o pilo, no ensaio SPT, transmite ao solo foi calculada teoricamente com base na frmula da energia cintica. Vrios autores compararam esta energia terica (Ein) com a energia efectiva (Ea), calculada com base em ensaios. Verificou-se que normalmente a energia efectiva 60 a 90% da energia terica. Isto tem que ver com dissipao de energia sem ser por impacto com o solo, por exemplo por forma de calor, no procedimento do ensaio. Estes diferentes valores de energia efectiva dependem do equipamento utilizado, do procedimento do ensaio, entre outros. O quociente entre a energia efectiva e terica d a taxa de energia, Er. Em teoria seria de esperar que vrios ensaios SPT mesma profundidade de um dado solo resultassem no mesmo NSPT, mas verifica-se que, devido a diferentes Er, resultam diferentes NSPT. Ento, arranjou-se um mtodo de chegar ao mesmo NSPT seja qual for o Er do ensaio. Isto faz-se ajustando o N, comparando o Er do ensaio com um Er base (Erb). Este N corrigido pode ser determinado de vrias formas. Como se utilizaram neste trabalho correlaes que usam um N70 (N resultante de um E de 70%), converteu-se o N retirado dos ensaios SPT em N70. O N70 pode ser calculado da seguinte forma (Bowles, 1997):

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Onde, NSPT ajustado factores de ajustamento: depende do tipo de martelo e da quantidade de energia aplicada. Considerando e que o ensaio realizado teve uma taxa de energia de 70%, fica =1

uma correco ao comprimento da vara do equipamento. Como se considera que o comprimento da vara do equipamento est entre 6 e 10m, =0,95

uma correco ao verificador das amostras. Considera-se um verificador sem revestimento, portanto =0,95

uma correco ao dimetro do furo de sondagem. Considera-se um furo com dimetro de 15cm, logo =1,05.

ajustamento para a tenso vertical, v (kPa), calculada por [Liao e Whitman (1986), citados por Bowles]:

Os valores do N corrigido encontram-se nas tabelas de clculo dos ngulos de atrito que se apresentam em seguida. 3.2.2 ngulo de atrito 3.2.2.1 Por Shioi e Fukui (1982) Bowles cita Shioi e Fukui para a determinao do ngulo de atrito a partir do NSPT. Estes indicam duas frmulas, uma para estradas e caminhos de ferro e outra para edifcios. Utilizou-se para os clculos a primeira:

Na tabela seguinte est o resumo do clculo do ngulo de atrito por Shioi e Fukui, para a sondagem S101 (para a profundidade de 6 metros no h dados do ensaio SPT). Em anexo encontra-se o mesmo para as outras sondagens.

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Tabela 1-ngulo de atrito por Shioi e Fukui

Prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5 21

NSPT 11 7 4 1 1 17 7 9 36 58 60 60 60

17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17

p0 25,5 51,0 76,5 127,5 153,0 163,5 174,0 184,5 195,0 205,5 216,0 226,5 237,0

CN 1,94 1,37 1,12 0,87 0,79 0,77 0,74 0,72 0,70 0,68 0,67 0,65 0,64

N70 21,3 9,6 4,5 0,9 0,8 13,0 5,2 6,5 25,2 39,5 39,9 38,9 38,0

35 28 24 19 19 30 25 26 36 42 42 41 41

3.2.2.1 Por Kulhawy e Mayne Mullins, no livro editado por Gunaratne, citou Kulhawy e Mayne, que realizaram uma tabela para a determinao do ngulo de atrito de areias e argilas a partir do NSPT. A utilizao dessa tabela est resumida em seguida, para a sondagem S101. Em anexo encontra-se o mesmo para as outras sondagens. Para argilas estes autores consideram que o ngulo de atrito sempre zero.Tabela 2-ngulo de atrito por Kulhawy e Mayne

profundidade 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5

NSPT 11 7 4

tipo de solo areia areia areia lodo

sat (kN/m3) 17,3 16,5 15,7

sub (kN/m3) 7,5 6,7 5,9

29 29 28

1 1 17 7 9

lodo lodo lodo lodo lodo

15,7 16,5 19,6 18,1 18,9

5,9 6,7 9,8 9,1 9,1

0 0 0 0 0

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profundidade 15 16,5 18 19,5 21

NSPT 36 58 60 60 60

tipo de solo silte silte silte silte silte

sat (kN/m3) 18,9 19,6 19,6 19,6 19,6

sub (kN/m3) 9,1 9,8 9,8 9,8 9,8

33 34 34 34 34

3.2.2.2 Por de Mello e por Bolton Fernando Schnaid, citando vrios autores, indica mtodos indirectos para estimar parmetros geotcnicos. Para solos granulares pode-se estimar a densidade relativa Dr e, a partir desta, o ngulo de atrito efectivo do solo, . Para estimar Dr usaram-se as correlaes seguintes:

Gibbs & Holtz (1957)

Skempton (1986) Para o ngulo de atrito foram usadas as expresses apresentadas em seguida. Para Dr decidiu-se utilizar a mdia dos Dr retirados das expresses anteriores. de Mello (1971) Bolton (1986) O N utilizado nestas equaes foi o corrigido, ou seja N=N70. Em seguida apresenta-se uma tabela com estes clculos para a sondagem S101. As tabelas de clculo para as outras sondagens encontram-se em anexo. Como estas correlaes so s para solos granulares no foram utilizadas para o lodo.

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Tabela 3-Densidade relativa (Gibbs & Holtz e Skempton) e ngulo de atrito (de Mello e Bolton) para cada profundidade

Prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5 21

tipo de solo areia Areia Areia Lodo Lodo lodo lodo lodo lodo silte Silte Silte Silte silte

N'70 21,3 9,6 4,5 25,2 39,5 39,9 38,9 38,0

Dr por Gibbs e Holtz 0,99 0,59 0,36 0,64 0,79 0,78 0,76 0,73

Dr por Skempton 0,79 0,48 0,30 0,56 0,68 0,67 0,66 0,64

Dr mdio 0,89 0,53 0,33 0,60 0,74 0,73 0,71 0,69

por de Mello 50 37 32 39 43 43 42 42

por Bolton 48 40 36 38 40 40 40 39

3.2.2.3 Compilao das vrias expresses Variao do ngulo de atrito com a profundidade, para cada sondagem Compilaram-se os resultados das quatro correlaes num grfico que relaciona o ngulo de atrito com a profundidade, para cada sondagem. Em seguida apresenta-se o grfico para a sondagem S101 e em anexo encontram-se os grficos para as outras sondagens.'

0 0 5profundidade

10

20

30

40

50

60

por Shioi por Kulhawy

10 15 20 25Figura 4-Variao de ' com a profundidade - S101

por de Mello por Bolton

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Resumo da variao do ngulo de atrito com a profundidade(dois estratos) Fazendo uma compilao de todas as correlaes utilizadas, para todas as sondagens,

e dividindo pelos dois estratos principais considerados (areia e lodo), consegue-se ter uma ideia visual da gama de ngulos de atrito para cada estrato. A partir daqui pode escolher-se um valor deste parmetro para cada estrato. Na tabela seguinte apresentam-se estes valores. Conseguiu-se ento retirar o ngulo de atrito com base no ensaio SPT. O ngulo de atrito pode ser retirado de outros ensaios, como por exemplo o triaxial. Devem comparar-se os valores retirados dos vrios ensaios e chegar a um valor final a ser usado nos clculos de estabilidade.Tabela 4-ngulo de atrito considerado, para cada estrato, com base no ensaio SPT

estrato areia lodo

() 32 19

3.3 Anlise Granulomtrica e Limites de ConsistnciaPara a anlise granulomtrica foram calculados os fusos granulomtricos das amostras disponveis atravs de ensaios de peneirao e de sedimentao. Estes mesmos fusos permitiram ter uma ideia da mxima e menor dimenso dos agregados.120 % Passado Acumulado 100 80 60 40 20 0 0,001 0,01 0,1 1 10 100 S101 Prof 5,5-5,60 m S101 Prof 7,0 m S102 Prof 6-6,9 m S102 Prof 6,6 m S102 Prof 7 m S103 Prof 5 -5,4 S103 Prof 6 m S104 Prof 14,6 - 15 m S104 Prof 12 m

Curvas GranulomtricasFigura 5-Curvas granulomtricas

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Quanto determinao dos Limites de Consistncia estes foram utilizados para obter a carta de plasticidade que relaciona o ndice de plasticidade com os limites de liquidez das diferentes amostras. Esta carta tem como objectivo fundamental verificar que os solos ensaiados da camada lodosa so todos do mesmo tipo.Tabela 5-Limites de Atterberg

Amostra S101 Prof 1 S101 Prof 2 S102 Prof 1 S102 Prof 2 S102 Prof 3 S103 Prof 1 S103 Prof 2 S104 Prof 1 S104 Prof 2

LL (%) 69 73 71 72 71 72 74 67 67

IP 37 37 33 34 33 32 35 28 32

Figura 6-Curvas de Plasticidade

Com base nos ensaios granulomtricos e nos Limites de Atterberg pode-se observar que em cada amostra e na rea em estudo se trata de um solo muito parecido e, possivelmente, com caractersticas mecnicas muito idnticas. 16

3.4 Ensaio CPTu Cone Penetration Test (com medio de presses intersticiais)O ensaio CPTu, em que o u significa que feito considerando condies no drenadas, serve para determinar a resistncia no drenada do solo. So realizadas leituras de 2 em 2 centmetros, o que fornece uma leitura quase contnua em profundidade. Alm da resistncia no drenada este ensaio permite tambm descortinar a posio do nvel fretico. 3.4.1 Nvel fretico Tendo presente que o ensaio CPTu permite a medio de presses intersticiais, foi feita uma relao entre a presso intersticial, u, e a profundidade com o objectivo de identificar a posio do Nvel Fretico. Sobre a variao da presso intersticial com a profundidade pode dizer-se que se encontram valores de presso intersticial muito dspares em que para uma pequena variao de profundidade os valores de presso intersticial vo de muito elevados a muito pequenos e vice versa ao passo que a teoria nos diz que a presso intersticial aumenta linearmente com a profundidade a partir do nvel fretico ( u- representada com a recta a vermelho nas figuras seguintes):

Estes picos de presso podem justificar-se com a existncia de bolsas de grande presso em que a gua est confinada ao passo que os valores de presses muito baixos prendem-se com fenmenos de suco. Se se ignorarem estes valores extremos consegue verificar-se o aumento linear esperado da presso, como se observa nas figuras. Em relao cota em que se encontra o nvel fretico, este corresponde profundidade em que a presso intersticial deixa de ser nula.

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Presso Interstecial (kPa) -100 0 0 100 200 300 -200

Presso interstecial (kPa) 0 0 200 400 600

5 Profundidade (m) Profundidade (m)

5

10

10

15

15

20

20Figura 7-variao da presso intersticial com a profundidade-CPTu1


Presso Interstecial (kPa) -50 0 0 50 100 150 200 -2000

Presso interstecial (kPa) 0 0 2000 4000

5 Profundidade (m) Profundidade (m)

5

10

10

15

15

20

20


25Figura 10 -variao da presso intersticial com a profundidade-CPTu4

Para as 4 sondagens pedidas chegou-se concluso que o Nvel Fretico se situava entre os 2,5m e os 4,0m no entanto, para efeitos de clculo, considerou-se o Nvel Fretico profundidade de 3,4m para precaver possveis casos de cheias garantindo assim a segurana para um caso mais desfavorvel. 3.4.2 Resistncia no drenada Em segundo lugar, tendo presente os valores obtidos para o peso volmico seco e peso volmico saturado das diferentes camadas de solo assim como assumindo a posio do Nvel Fretico a -3,4m efectuou-se uma relao entre Resistncia no drenada e Tenso efectiva, de modo a conseguir avaliar o crescimento de Cu, ao longo da profundidade. Por simplificao, avaliaram-se os estratos de solo separadamente, considerando-os como tendo um comportamento Normalmente Consolidado.

Figura 11-Relao Cu v pelo CPTu

Efectuada a relao entre Resistncia no drenada e Tenso efectiva para cada extracto, traou-se, como se pode observar nas figuras, uma recta da relao entre Cu e v que pudesse aproximar o comportamento do solo em relao a sua resistncia no drenada (Recta apresentada em pormenor na figura 17 e 18). Obteve-se ento a relao apresentada na tabela em seguida tendo em conta o Ensaio CPTU. Refira-se que esta relao fez-se ignorando as elevadas resistencias que vo aparecendo ao longo de toda a profundidade sendo exemplo disso a elevadssima resistncia de cerca de 3000 kPa que aparece na sondagem CPT4 (a laranja na Figura 10). Estes picos de resistncia

no correspondem real resistncia do solo e portanto devem ser ignorados na obteno da relao cu u. Este facto pode ser explicado pelo facto de, quando se realizaram as sondagens CPTu, terem sido intersectados outros tipos de solos. No entanto para efeitos de projecto no se consideraram importantes estes pequenos extractos de outros tipos de terreno.Tabela 6-Relao Resistncia no drenada Tenso efectiva

Estrato Lodo

Relao Cu v v = 4 Cu

3.5 Ensaio Robertson & CampanellaEste ensaio tem por base o ensaio CPTu, que relaciona a Resistncia de ponta (qc) medida pela ponteira do ensaio CPTu, com a razo de frico. Tem por finalidade a classificao do solo relacionando estas duas propriedades. Tendo presente a noo relativamente razo de frico e sabendo que a um elevado valor de qc ( resistncia penetrao da ponteira cnica) corresponde a um solo arenoso e um baixo valor a um solo argiloso poder-se- assim classificar o solo com recurso a bacos. Quer isto dizer que um elevado valor de qc corresponder necessariamente um baixo valor da razo de frico respectiva. De facto, atravs da analise dos ensaios CPTu, verifica-se que existem resultados para a razo de frico e respectiva resistncia de ponta para pontos situados a meio da camada lodosa que correspondem a areias. Tal facto facilmente explicvel devido s simplificaes utilizadas na caracterizao do terreno em que apenas foram identificadas para efeitos de calculo uma camada arenosa e uma camada de solo lodoso (Consultar Anexo 1). No entanto, a principal concluso a tirar, ser a predominncia de um grande camada argilosa ao invs de uma camada de solo arenoso de menor espessura. Foram ignorados alguns valores pois a razo de frico correspondente apresentava valores anormalmente altos.

3.6 Ensaio Molinete ( Vane Test)O Ensaio Molinete, tal como foi descrito no plano de prospeco geotcnica, apenas se pode realizar para solos moles. Foram pedidos 5 ensaios ao km 11+190 a uma cota de boca de 4,3m (VT001, VT002, VT003, VT004, VT005) e outros 5 ensaios ao km 11+490 a uma cota de

20

boca de 4,4m (VT006, VT007, VT008, VT009, VT010) tendo sido obtidos valores de Cu que, em primeiro lugar, foram relacionados com as tenses efectivas:Tabela 7-Relao Cu Tabela 8-Relao Cu

Vane Test 1 Profundidade 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 '=h (KPa) 77,3 86,3 95,3 104,3 113,3 Cu (Kpa) 55,5 19,5 22,5 23 25,5

Vane Test 2 Profundidade 2,5 5,5 7,5 11,5 14,5 '=h (KPa) 44 77,3 95,3 131,3 158,3 Cu (Kpa) 24 29 19,5 24 34,5

Em seguida apresentam-se os resultados para o lodo apenas pelo Vane Test, e confirma-se a mesma relao, apresentada na tabela 9.

Figura 12- Relao Cu pelo Vane Test

Note-se que, de modo a determinar uma recta que aproxima-se o crescimento de Cu com a tenso efectiva, no foi considerado o valor de Cu = 55,5 kPa. Devido a tratar-se de um ensaio de campo, pode haver vrios factores que podem contaminar o processo de caracterizao, o manuseamento do equipamento, como tambm ter-se encontrado a essa profundidade uma zona de melhores caractersticas mecnicas que no descrevem o estrato em estudo. Como tal, a relao :Tabela 9-Relao Cu

Estrato Lodo

Relao Cu = 4 Cu

21

Tendo em conta os valores obtidos e cruzados com os valores obtidos no ensaio CPTu, observou-se que garantiam uma adequada aproximao para a camada lodosa.

Resistncia no drenada - Cu (kPa) 0 0 CPT1 Tenses efectivas ( kPa) 50 100 150 200 250Figura 13-Relao Cu pelo CPTU e Vane Test

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

CPT2 CPT3 CPT4 Van Test 1 Van Test 2

3.7 Ensaio TriaxialComparando as tenses de confinamento a que o solo estava sujeito in situ com as tenses a que os provetes foram consolidados no ensaio triaxial considera-se que todos estavam normalmente consolidados, no ensaio. As prprias trajectrias de tenso verificadas em cada provete so trajectrias tpicas de provetes normalmente consolidados ou ligeiramente sobreconsolidados. Todos os provetes so lodos, porque foram retirados a profundidades em que se encontram lodos. O primeiro objectivo, no tratamento do Ensaio Triaxial, centrou-se em identificar se todos os provetes pedidos se poderiam agrupar como representativos da camada lodosa. Para tal, avaliaram-se as trajectrias de tenses em termos de tenses efectivas com s= (1+3)/2 e t=(1-3)/2, como apresentado na figura seguinte. Para verificar isto, consolidaram-se os provetes a trs tenses diferentes, e depois foram levados rotura por corte. Verifica-se que as trajectrias so semelhantes e que a rotura, para cada tenso de consolidao inicial, se efectua a tenses semelhantes. Portanto o ensaio e os resultados podem ser considerados vlidos.

22

Diagrama s-t'120 100 S101(5,0-5,60) 80 60 40 20 0 0 100 200 s 300 400 500 t' S101 (7,00-7,00) S102 (6,5-6,90) S102 (6,60-6,60) S102 (7,0-7,0) S103 (5,0-5,4) S103 (6,00-6,00) S104 (14,6-15,0) S104 (12,0-12,0)

Figura 14-Trajectrias de tenses no ensaio triaxial

Para calcular as caractersticas mecnicas do solo usaram-se os valores de rotura de cada provete, como apresentado na tabela seguinte. Construindo-se um grfico com os valores de rotura consegue-se encontrar uma envolvente de rotura, como apresentado na figura seguinte.Tabela 10-Tratamento dos resultados do ensaio triaxial

Valores na Rotura 1-3 (kPa) S101 (5,00-5,60) S101 (7,00-7,00) S102 (6,5-6,90) S102 (6,60-6,60) S102 (7,0-7,0) S103 (5,0-5,4) S103 (6,00-6,00) S104 (14,6-15,0) S104 (12,0-12,0) 93 99 111 137 215 114 217 151 213 s 106,5 98,5 112,5 149,5 266,5 113 305,5 198,5 348,5 t' 46,5 49,5 55,5 68,5 107,5 57 108,5 75,5 106,5

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140 y = 0,3722x 120 100 80 t' 60 40 20 0 0 100 200 s' 300 400 Triaxial Linear (Triaxial)

Figura 15-Envolvente de Rotura, ensaio triaxial

Optou-se tambm por incluir o ponto de coordenadas (0,0) pois o valor do parmetro c para um solo lodoso normalmente consolidado ter que assumir o valor zero. Assim, com base na envolvente de rotura foi possvel tirar a inclinao da recta, = 0,3722, e o valor da interseco com o eixo t, a = 0. Atravs das correlaes conhecidas obtiveram-se os respectivos parmetros de resistncia do solo, nomeadamente o ngulo de resistncia ao corte, , e o valor da coeso efectiva, c:

Poder-se-o aqui fazer algumas reflexes em relao ao valor obtido para o parmetro c. De facto, tratando-se de um material normalmente consolidado e de um solo aluvionar no ser expectvel algum valor para a coeso, como tal foi necessrio forar a recta que aproxima a trajectrias de tenses de modo que esta passa-se no ponto de coordenadas (0,0)

Em segundo lugar, e aps a caracterizao mecnica do solo, foi igualmente, como nos ensaios anteriores, efectuado uma relao entre resistncia no drenada (Cu) e Tenso efectiva (). As expresses utilizadas para o clculo destes parmetros so as seguintes:

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Na tabela seguinte apresentam-se os resultados obtidos para cada ensaio, e na figura apresenta-se e cu nos pontos de rotura, de modo a retirar-se a recta que relaciona estes dois parmetros.Tabela 11-Tratamento dos resultados do ensaio triaxial, - Cu

1-3 (kPa) S101 (5,00-5,60) S101 (7,00-7,00) S102 (6,5-6,90) S102 (6,60-6,60) S102 (7,0-7,0) S103 (5,0-5,4) S103 (6,00-6,00) S104 (14,6-15,0) S104 (12,0-12,0) 93 99 111 137 215 114 217 151 213

Presso na Cmara (kPa) 100 200 100 200 400 100 400 200 400

Cu (kPa) 46,5 49,5 55,5 68,5 107,5 57 108,5 75,5 106,5

' (kPa) 133,6 267,2 133,6 267,2 534,4 133,6 534,4 267,2 534,4

Figura 16-Ensaio Triaxial, pontos de rotura relao - Cu

Da recta que aproxima o crescimento da resistncia no drenada com a profundidade, retira-se a relao apresentada em seguida. Este ensaio confirma o valor a que j se tinha chegado, pelos ensaios CPTu e Vane, da relao cu- .

25

Tabela 12-Relao Cu

Estrato Lodo

Relao Cu = 4 Cu

3.8 Ensaio EdomtricoAps a realizao do ensaio edomtrico, obtiveram-se os seguintes valores relativamente ao comportamento do solo em relao sua deformabilidade:Tabela 13-Parmetros ensaio edomtrico

S101 5 a 5.60 (m)

S102 6,5 a 6.90 (m) 69,651 11 7,6exp(-6) 0,772 0,108 8,71 15,13

S103 5 a 5,40 (m) 58,86 19 1,7exp(-5) 0,676 0,109 8,79 15,23

S104 14,6 a 15.00 (m) 122,625 27 1,7exp(-5) 0,884 0,125 8,94672 15,01911

c (Kpa) cv (m3/s) K (m/s) cc cr = (h-w) h

122,58 7,8 4,1exp(-6) 0,843 0,142 9,15 14,08

Aps a realizao de todos os ensaios, laboratoriais e in situ, e ter sido feita uma relao entre tenso efectiva vertical e resistncia no drenada, de modo a avaliar o seu crescimento ao longo da profundidade, e de modo a que se pudesse tomar esse estudo como correcto, fez-se uma nova relao entre os mesmos dois parmetros, intersectando todos os ensaios realizados e as relaes efectuadas, de modo a auferir, se as relaes efectuadas anteriormente, andariam o mais prximas com a realidade.

Figura 17-Relao Cu

26

Em seguida apresenta-se uma ampliao do grfico na zona onde esto concentradas as resistncias, para melhor observao do crescimento destas com a tenso efectiva.

CPTU - Vane Test - Relao 'v - CuResistncia no drenada - Cu (KPa) 0 0 Tenses efectivas ( KPa) 50 100 150 200 250 300 350Figura 18-Relao Cu pelo CPTU e Vane Test (ampliao)

50

100

150

200

CPT1 CPT2 CPT3 CPT4 linha de tendncia Van Test 1 Van Test 2 triaxial S101

Verifica-se que os resultados do Vane Test e os resultados do CPTu, ignorando os picos de resistncia, se aproximam bastante bem, sendo possvel desenhar uma linha que relaciona cu u.Tabela 14-Relao - Cu

Estrato Lodo

Relao Cu v v = 4 Cu

Aps a anlise efectuada, observou-se que as relaes anteriormente discutidas sobrepunham-se, concluindo que a aproximao realizada representava de um modo geral o crescimento de resistncia no drenada com a profundidade. Para efeitos de clculo de estabilidade, como referido anteriormente, foi necessrio efectuar-se uma relao entre resistncia no drenada com a profundidade. Anteriormente efectuou-se uma relao entre resistncia no drenada e Tenso efectiva para efeitos de clculo de assentamento, neste ponto ser efectuada a relao atravs do crescimento em profundidade, de modo a possibilitar o seu clculo de estabilidade.

27

Para este efeito, efectuou-se esta relao apenas com os ensaios Vane test e CPTu, visto a se tratar de ensaios in situ, pode-se garantir que o valor de resistncia no drenada obtido o representativo de uma certa profundidade.

Figura 19- Vane Test Relao Cu-profundidade

Figura 20- Relao CPTu com profundidade

Com a anlise efectuada dos grficos em que se relacionava em cada ensaio a resistncia no drenada Cu com a profundidade, chegou-se a uma relao de Cu com a profundidade de 3, ou seja, a cada metro percorrido em profundidade a resistncia no drenada aumenta 3kPa.Tabela 15- Relao Cu - Profundidade

Estrato Relao Cu - ProfundidadeLodo 28

4. Desenvolvimento do projecto4.1 Clculo de estabilidadeAps a caracterizao geotcnica, foi preponderante avaliar a estabilidade do aterro, de modo a que a sua construo fosse exequvel sem a possibilidade de rotura do mesmo. Para tal utilizou-se a ferramenta de clculo automtico GEO-SLOPE, para a avaliao da superfcie de rotura e respectivo factor segurana. 4.1.1 Parmetros usados Atravs do estudo dos ensaios realizados e consequente caracterizao mecnica do terreno, foi possvel ento obter-se alguns parmetros fundamentais para a verificao da estabilidade do aterro.Tabela 16-Parmetros utilizados no clculo de estabilidade

Aterro Aterro Orgnico Areia Lodo (KN/m ) sat (KN/m3) () Cu (kPa) Cu c' (kPa)3

20 40 0

18 30 0

20 35 0

16 19 20 20 3 0

4.2 Mtodo de anlise do Geo-SlopeO Geo-slope uma ferramenta de clculo automtico que utiliza o mtodo das fatias. Nesse mtodo o clculo da estabilidade feito utilizando uma superfcie de deslizamento circular dividindo o solo dentro desse circulo em fatias. Fazendo um equilbrio de momentos analisado se o talude criado estvel. O resultado que o programa d de um factor de segurana. Ou seja, se o talude for estvel, o programa d a margem de segurana que a estabilidade tem. O factor de segurana considerado aceitvel para a nossa obra de 1,5. 4.2.1 Fases de clculo Numa primeira anlise, fez-se o clculo de estabilidade do aterro, para uma hipottica soluo, em que se considerou a construo total do aterro, avaliando assim o seu factor de segurana. O aterro tem uma altura de 5,5 metros, mas sabe-se que durante a fase de explorao da obra ferroviria o aterro sofrer carregamentos na ordem dos 40 kPa, e se isso no fosse tido em conta na fase de construo, durante a fase de explorao, o aterro sofreria assentamentos demasiado elevados. Assim, para se ter isto em conta na fase de construo, 29

colocou-se uma sobrecarga de 40 kPa no aterro, sob a forma de mais 2 metros de altura de aterro. O aterro teria ento 7,5 metros de altura. Mas por razes de diminuio do assentamento residual verificou-se que era prefervel serem 7,7m. Este assunto ser abordado mais frente, quando se mencionarem os assentamentos residuais. Durante a anlise da primeira fase e aps a modelao em GEO-SLOPE, deparou-se com a impossibilidade da construo total do aterro, tal facto deveu-se ao factor de segurana de clculo ser de uma gama inferior ao mnimo exigido.

Figura 21-Modelo de rotura do Geoslope-Construo total do aterro

Para resolver esta questo decidiu-se construir o aterro por fases. Desta forma colocase inicialmente uma altura de aterro menor, que no causa problemas de estabilidade. Ao colocar a segunda fase, mais tarde (6 meses depois), o solo j sofreu alguma consolidao, o que faz aumentar a sua resistncia no drenada. Isto no Geo-Slope feito colocando, para o clculo desta 2 fase, um aumento de resistncia no drenada no solo (por tentativas) e vendo o factor de segurana que a colocao da nova altura de aterro nos permite obter. Quando, por tentativas, se chegou ao factor de segurana que se queria, viu-se que o aumento de resistncia no drenada se precisava de ter no solo. Este aumento de resistncia conseguido pelo aumento de tenso vertical efectiva, conseguida pela consolidao do solo. Isto porque se sabe que a resistncia no drenada de um solo aumenta com o aumento de tenso efectiva deste.

30

Numa primeira fase foi colocada uma altura de aterro, que permitisse a sua construo garantido ento um factor de segurana superior a 1,5. Ento atravs de um processo iterativo chegou-se a uma altura inicial de Aterro de 5,5 metros:

Figura 22-Construo da 1 fase do aterro 5,5 m

Numa 2 fase e final considerou-se a possvel construo do restante Aterro sobre os j 5,5 m construdos anteriormente, como tal foi fundamental esperar que os solos subjacentes consolidassem conquistando assim uma maior resistncia, assim a sua construo efectuar-se sem preocupantes problemas de estabilidade. Assim sendo, de modo a que essa construo se fizesse sem preocupaes, tomou-se como expectvel um acrscimo de resistncia no drenada

Figura 23-Construo da 3 fase do aterro 7,7 m

31

Com uma primeira fase de construo concluda, garantido assim a sua segurana, sucedeu-se ao clculo dos assentamentos previstos.

4.3 Clculo dos assentamentosComo requisito do dono de obra pretendia-se um assentamento residual mximo de 7 cm. Ou seja, no final da fase de construo o aterro s poderia assentar at 7 cm, assentamento este relacionado com o mximo assentamento que os carris dos comboios podem aceitar sem haver danos ou perigos. Alm deste factor tambm era pretendido ter um grau de consolidao total, no final da construo, de pelo menos 95%. Apenas colocando o aterro e deixando consolidar, durante um ano, era impossvel atingir estes dois requisitos. Seria assim necessrio acelerar a consolidao tendo-se optado pela colocao de geodrenos para cumprir tal objectivo.

Figura 24- Geodreno

Para o dimensionamento da malha de geodrenos foi utilizado o procedimento de clculo, para cada uma das fases, que se apresenta em seguida. Esta malha ter de garantir no s um assentamento residual mximo de 7 cm mas tambm um grau de consolidao mnimo de 95% assim como conseguir que a resistncia do solo aumente o suficiente de modo a garantir a estabilidade da construo.

4.4 Procedimento de clculo:1. Ver qual a altura de aterro colocada na fase considerada; 2. Calcular qual o aumento de tenso vertical total que a colocao dessa altura de aterro provoca;

32

3. Para a 2 fase, acrescentar carga vertical total do ponto 2 a tenso vertical que ainda no efectiva vinda da fase anterior, e que portanto ainda sofrer consolidao. Assim tem-se a tenso vertical total - v - que ir com o tempo consolidar e transformar-se em tenso efectiva;

4. Tira-se, do clculo de estabilidade, qual a resistncia no drenada cu que o solo tem de ter para na prxima fase ser colocada a altura de aterro. Este ponto apenas para a ultima fase;

5. Pela relao cu-v , feita pela anlise de resultados dos ensaios Vane test, CPTU e triaxial, tira-se qual a v que o solo precisa de ter para ter a resistncia no drenada que se precisa;

6. Sabendo o aumento de tenso vertical total que se tem de ter ( v ), e sabendo o aumento de tenso vertical efectiva que se precisa de ter (v), calcula-se o grau de consolidao mnimo que se tem de ter;

7. Considerao de um grau de consolidao, maior ou igual ao do ponto 6, que os geodrenos propiciaro ao solo (este grau de consolidao igual para todas as fases, porque os geodrenos so os mesmos nas 2 fases), de modo a atingir os objectivos (esta fase foi feita por iteraes se no final no se chega, por exemplo, ao assentamento residual mximo admitidos, aumenta-se o grau de consolidao. O grau de consolidao que os geodrenos propiciaro para 6 meses de durao de consolidao a que se chegou foi de 85% para cada fase;

8. Sabendo o grau de consolidao efectivo, do ponto 7, calcula-se o aumento de tenso efectiva que de facto aconteceria;

9. Sabe-se a tenso vertical efectiva inicial e calcula-se a tenso vertical efectiva final, somando primeira a do ponto 8; 33

10. Clculo do ndice de vazios inicial Parmetro retirado das sondagens, considerando a mais desfavorvel

11. Clculo da variao do ndice de vazios,

E clculo do ndice de vazios final. Este valor serve para ser usado como ndice de vazios inicial da fase seguinte;

12. Sabendo a altura de camada de solo inicial, calcula-se o assentamento fazendo

13. Dos pontos 1 a 12 para as 2 fases passa-se a calcular o grau de consolidao total dividindo a tenso vertical efectiva no final da ltima fase pela tenso vertical total da colocao de todo o aterro. Assim, sabe-se quanto da tenso total que, no final da obra, j estava consolidada (transformada em efectiva). O grau consolidao resultante foi de 98%;

Neste ponto o valor da tenso total vertical foi considerado a tenso aps assentamento total e de retirado o aterro de sobrecarga, ficando este ento a altura de servio:

14. Para calcular o assentamento residual usa-se a mesma frmula do ponto 12, em que a tenso vertical efectiva inicial igual do final da ltima fase de colocao do aterro, e a tenso vertical efectiva final a tenso total da colocao do aterro, porque nesta situao a consolidao se fez completamente. O assentamento residual foi de 5,0 cm. 15. Obteno da distncia entre drenos necessria para se ter os 85% de grau de consolidao que garantem os objectivos. A distancia obtida foi de 1,6 m, que maior que o mnimo que normalmente praticado, que de 1m. O mtodo de obteno da distancia entre drenos referido em seguida.

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Tabela 17 - Assentamento por fase

1 fase h (Altura de aterro colocada em cada fase)[m] FS (anlise de estabilidade) nova camada aterro *kPa] v (nova camada de aterro+tenso total que "sobra") [kPa] cu (necessrio)*kPa+ 'v (necessrio)[kPa] U [%] min, pela anlise de estabilidade U [%] considerado ' (necessrio para consolidao considerada) *kPa+ v',i (ponto intermdio)[kPa] v',f (ponto intermdio)*kPa+ v que "sobra" *kPa] ei e ef Hi (altura de camada de lodo) [m] H (assentamento) [m] Hf [m] 5,5 1,577 110 110 10 40 36,36% 85% 93,5 99,8 193,3 16,5 2,066 -0,254 1,812 18,000 -1,490 16,510

2 fase 2,2 1,524 44 60,5 0 0 0,00% 85% 51,425 193,3 244,725 9,075 1,812 -0,091 1,722 16,510 -0,532 15,978

Com base nos resultados obtidos para cada fase de construo e calculando o assentamento total da camada atravs da equao do ponto 12, deparou-se com um problema de um assentamento total superior camada de aterro de sobre carga, ou seja, o aterro durante a sua fase de vida tem uma altura de 5,5 metros, mas para efeitos de sobrecarga aumentou-se em mais 2 metros a altura do aterro, como tal, no resolvendo este problema de excesso de assentamento teramos uma altura total de aterro de servio inferior a 5,5 metros. Ento como referido anteriormente aumentou-se a altura do aterro durante a sua construo para 7,7 metros, removendo a posteriori o respectivo excesso.

Com este assentamento final na fase de construo, pode-se agora saber o total de aterro a remover, de modo a que este adopte a altura de servio, 5,5 metros:

35

Ento o clculo do assentamento residual ser:

Figura 25- Curva evoluo de assentamentos

4.5 Soluo adoptada para a acelerao da consolidao - malha de geodrenosA soluo adoptada foi uma malha de tubos de geodreno. O geodreno um material geossinttico. Os materiais geossintticos so materiais sintticos (produzidos pelo homem; normalmente plsticos) usados para obras de geotecnia. A natureza sinttica desses produtos torna-los prprios para uso em obras de terra onde um alto nvel de durabilidade exigido. O geodreno um tipo especial de geocomposto constitudo por um ncleo drenante envolvido por um geotextil com funo de filtro H vrios parmetros que definem uma malha de geodrenos, como a distncia entre cada tubo de geodreno, o dimetro e o comprimento de cada tubo. O comprimento considerase que o total da camada e o dimetro considera-se que suficiente para garantir que no condiciona a consolidao, o que de facto para uma obra deste gnero, em que os geodrenos servem apenas para acelerar a consolidao, nunca sero estes a condicionar a consolidao. Esta questo pode pr-se noutro tipo de situaes, como por exemplo em obras em que os geodrenos tm um papel de drenagem. 36

Portanto apenas tinha de se definir a distncia entre drenos. Para isto usou-se um sistema da Mebra-Drain (empresa especializada), chamado Mebra-Drain System (sistema indicado para acelerao da consolidao), constante do Bulletin 80/2. Este baco usa-se tendo os seguintes dados: Coeficiente de consolidao horizontal do solo (que se considerou o dobro do vertical, retirado dos ensaios edomtricos): 1,56E-7 m2/s; Tempo de consolidao: 6 meses Grau de consolidao: 85%

Chegando a uma malha com 1,6 metros de distancia entre drenos.

4.6 Outras solues possveisComo nota final e, considerando o carcter acadmico do elemento em estudo que aqui se apresenta, ser importante mencionar outras solues possveis para a resoluo do problema em estudo. Em primeiro lugar, tal como foi mencionado anteriormente poder-se-ia esperar que o solo consolidasse livremente, no entanto, esta soluo no satisfaria os prazos requeridos para a execuo da obra e, neste caso em particular, devido ao tempo que demoraria a sua execuo poderia acarretar elevados custos econmicos e sociais. Outra soluo possvel seria apenas a aplicao de carga atravs de uma colocao de uma camada de aterro maior que depois seria retirada. No entanto, este soluo, apesar de fcil execuo pois no necessrio equipamento especializado exige a movimentao de um grande volume de material assim como o tempo de consolidao poderia exceder o prazo definido para a execuo da obra. Atravs de investigao de outras possveis solues para acelerar o processo de consolidao identificaram-se solues atravs de poos profundos com injectores ou poos profundos com bombas submersas, no entanto, devido inexperincia na aplicao dos princpios destes processos construtivos no se consideraram para a execuo deste projecto.

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5. Plano de Observao da ObraFinalmente, concludo o dimensionamento do aterro, apresentar-se- o Plano de Observao da Obra que permitir no s obter dados relativos segurana assim como prever o comportamento da construo tal como verificar os modelos e critrios de dimensionamento utilizados anteriormente (Consultar anexo A2).

5.1 Inclinmetros e Clulas de CargaConsiderou-se importante a medio dos deslocamentos internos na construo. Para tal, optou-se pela instalao de 4 inclinmetros cuja localizao foi condicionada no s pela representatividade que se julgou importante conhecer para os deslocamentos em determinados pontos assim como pela acessibilidade a estes de modo a proceder s suas leituras. A instrumentao de obras geotcnicas com o sistema inclinomtrico permite quantificar movimentos subhorizontais em profundidade a partir de variaes angulares registadas pela sonda de inclinmetro (no interior de calhas inclinomtricas) durante as fases de construo e explorao da obra. Quanto frequncia das leituras, e visto que o elemento em estudo que aqui se apresenta se trata de um exerccio acadmico optou-se por realiza-las semanalmente. Caso se obtivessem valores no expectveis durante as medies esta frequncia poderia ser encurtada ou at mesmo alargada. Para alem destes inclinmetros instalar-se-o 4 clulas de carga de modo a avaliar a evoluo e os valores das tenses no local. Estes equipamentos iro permanecer activos aps a construo permitindo assim no s avaliar e controlar o processo construtivo mas tambm a fase em que a obra j se encontra concluda.

5.2 Marcas de AssentamentoPor sua vez, para avaliar os deslocamentos externos foram colocadas marcas de assentamento. Ser importante referir que estas 5 marcas de assentamento iro ser colocadas aps a colocao das camadas de aterro de regularizao pelo que os resultados obtidos no iro fornecer informaes relacionadas com o inicio do processo de consolidao.

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5.3 Informao ComplementarEm relao instalao de piezmetros e, apesar da noo que estes podem fornecer importantes medies relacionadas com a presso da agua descortinando assim se esta apresenta valores anmalos, julgou-se que devido ao facto das leituras de presso intersticial j se encontrarem bastante perturbadas no seria til a sua instalao. Finalmente, uma nota final em relao realizao de aterros experimentais. Estes permitiriam avaliar o processo de consolidao do local. Instalar-se-iam diferentes malhas de geodrenos com diferentes espaamentos de modo a avaliar a eficincia desta soluo construtiva. No entanto, e visto que a malha de geodrenos j se encontrava dimensionada e, sendo o presente elemento de estudo um elemento acadmico em que no se iriam utilizar os dados fornecidos pelos aterros experimentais, optou-se pela sua excluso do Plano de Observao de Obra.

39

6. BibliografiaBowles, J. E. (1997). Foundation analysis and design. 5 edio, McGraw-Hill. Gunaratne et al. (2006). The foundation engineering handbook. Taylor & Francis. Schnaid, F. Ensaios de campo e suas aplicaes Engenharia de Fundaes. Oficina de textos. Geotechnics Holland BV. Design with the Mebra-Drain system. Anto, A. Elementos de apoio a disciplina Mecnica dos Solos C, Universidade Nova de Lisboa Faculdade de Cincias e Tecnologia. Lisboa Advanced Engineering Geology & Geotechnics (2004). Notes on the standard penetration test Santos, J. Elementos de apoio a disciplina Obras Geotcnicas, Instituto Superior Tcnico. Lisboa Melo, P. Melhoramento e Reforo de Terrenos, Universidade Nova de Lisboa- Faculdade de Cincias e Tecnologi. Lisboa.

40

7. Anexos (Tabelas e Peas Desenhadas)7.1 ngulo de atrito por Shioi e FukuiTabela 18-Sondagem S102-Clculo do ngulo de atrito por Shioi e Fukui

Prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5 21 22,5 24 25,5 27 28,5 30 31,5 33 34,5

NSPT 8 2 2 4 1 1 1 1 1 1 4 5 20 24 25 19 60 46 58 60 60 60

' 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17

p'0 25,5 51 76,5 102 127,5 153 178,5 189 199,5 210 220,5 231 241,5 252 262,5 273 283,5 294 304,5 315 325,5 336 346,5

CN 1,94 1,37 1,12 0,97 0,87 0,79 0,73 0,71 0,69 0,68 0,66 0,64 0,63 0,62 0,60 0,59 0,58 0,57 0,56 0,55 0,54 0,53 0,53

N'70 15,5 2,7 2,2 3,9 0,0 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 2,6 3,1 12,3 14,5 14,8 11,0 34,2 25,7 31,9 32,5 32,0 31,5

32 22 21 23 15 19 19 19 19 18 18 22 23 30 31 31 29 40 37 39 39 39 39

Tabela 19-Sondagem S103-Clculo do ngulo de atrito por Shioi e Fukui

prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15

NSPT 5 1 1 1 1 5 7 3 1

' 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17

p'0 25,5 51 76,5 102 127,5 153 178,5 199 209,5 220

CN 1,94 1,37 1,12 0,97 0,87 0,79 0,73 0,69 0,68 0,66

N'70 9,7 1,4 1,1 0,0 0,9 0,8 3,7 4,8 2,0 0,7

28 20 19 15 19 19 23 24 21 18 41

prof. 16,5 18 19,5 21 22,5 24 25,5 27 28,5 30 31,5 33 34,5 36 37,5 39

NSPT 1 1 1 4 5 7 11 11 15 16 44 31 37 60 60 60

' 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17

p'0 230,5 241 251,5 262 272,5 283 293,5 304 314,5 325 335,5 346 356,5 367 377,5 388

CN 0,64 0,63 0,62 0,60 0,59 0,58 0,57 0,56 0,55 0,54 0,53 0,53 0,52 0,51 0,50 0,50

N'70 0,6 0,6 0,6 2,4 3,0 4,1 6,3 6,2 8,3 8,7 23,4 16,3 19,1 30,6 30,1 29,7

18 18 18 22 22 24 26 26 27 27 36 32 34 38 38 38

Tabela 20-Sondagem S104-Clculo do ngulo de atrito por Shioi e Fukui

prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5 21 22,5 24 25,5 27 28,5 30 31,5 33 34,5 36 37,5

NSPT 8 2 8 9 1 5 4 1 1 1 1 13 14 12 13 27 31 35 30 35 39 40 60 60

' 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17

p'0 25,5 51 76,5 102 127,5 153 163,5 174 184,5 195 205,5 216 226,5 237 247,5 258 268,5 279 289,5 300 310,5 321 331,5 342 352,5

CN 1,94 1,37 1,12 0,97 0,87 0,79 0,77 0,74 0,72 0,70 0,68 0,67 0,65 0,64 0,62 0,61 0,60 0,59 0,58 0,56 0,56 0,55 0,54 0,53 0,52

N'70 15,5 2,7 8,9 8,7 0,9 3,9 3,1 0,7 0,7 0,0 0,7 0,7 8,4 8,9 7,4 7,9 16,1 18,1 20,1 16,9 19,4 21,2 21,4 31,7 31,2

32 22 28 28 19 23 22 19 19 15 19 18 27 28 27 27 32 33 34 32 34 35 35 39 39 42

prof. 39

NSPT 60

' 17

p'0 363

CN 0,51

N'70 30,7

39

7.2 ngulo de atrito por Kulhawy e MayneTabela 21-Sondagem S102-Clculo do ngulo de atrito por Kulhawy e Mayne

Prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5 21 22,5 24 25,5 27 28,5 30 31,5 33 34,5

tipo de solo Areia areia lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte

NSPT 8 2 2 4 1 1 1 1 1 1 4 5 20 24 25 19 60 46 58 60 60 60

29 26 0 0 0 0 0 0 0 0 28 29 30 32 32 30 34 34 34 34 34 34

Tabela 22-Sondagem S103-Clculo do ngulo de atrito por Kulhawy e Mayne

Prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15

tipo de solo Areia Areia lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo

NSPT 5 1 1 1 1 5 7 3 1

29 26 0 0 0 0 0 0 0 43

Prof. 16,5 18 19,5 21 22,5 24 25,5 27 28,5 30 31,5 33 34,5 36 37,5 39

tipo de solo lodo lodo lodo silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte

NSPT 1 1 1 4 5 7 11 11 15 16 44 31 37 60 60 60

0 0 0 28 29 29 30 30 30 30 34 33 33 34 34 34

Tabela 23-Sondagem S104-Clculo do ngulo de atrito por Kulhawy e Mayne

Prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5 21 22,5 24 25,5 27 28,5 30 31,5 33 34,5 36 37,5

tipo de solo areia areia areia areia areia areia lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte

NSPT 8 2 8 9 1 5 4 1 1 1 1 13 14 12 13 27 31 35 30 35 39 40 60 60

29 26 29 29 26 30 0 0 0 0 0 0 30 30 30 32 33 33 33 33 33 33 34 34 44

Prof. 39

tipo de solo silte

NSPT 60

34

7.3 ngulo de atrito por de Mello e por BoltonTabela 24-Sondagem S102-Clculo do ngulo de atrito por de Mello e por Bolton

Prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5 21 22,5 24 25,5 27 28,5 30 31,5 33 34,5

tipo de solo areia areia lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte

N'70 15,5 2,7 2,2 3,9 0,0 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 2,6 3,1 12,3 14,5 14,8 11,0 34,2 25,7 31,9 32,5 32,0 31,5

Dr por Gibbs e Holtz 0,84 0,31 0,19 0,21 0,41 0,44 0,43 0,37 0,64 0,55 0,60 0,60 0,59 0,57

Dr por Skempton 0,67 0,26 0,17 0,18 0,36 0,38 0,38 0,32 0,56 0,48 0,53 0,52 0,51 0,50

Dr mdio 0,76 0,29 0,18 0,20 0,38 0,41 0,41 0,35 0,60 0,51 0,56 0,56 0,55 0,54

por de Mello 44 31 29 29 33 33 33 32 39 36 38 37 37 37

por Bolton 45 35 32 33 35 35 35 35 38 37 37 37 37 37

Tabela 25-Sondagem S103-Clculo do ngulo de atrito por de Mello e por Bolton

Prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12

tipo de solo Areia Areia lodo lodo lodo lodo lodo lodo

N'70 9,7 1,4 1,1 0,0 0,9 0,8 3,7 4,8

Dr por Gibbs e Holtz 0,66 0,22 -

Dr por Skempton 0,53 0,18 -

Dr mdio 0,60 0,20 -

por de Mello 39 29 -

por Bolton 42 34 45

Prof. 13,5 15 16,5 18 19,5 21 22,5 24 25,5 27 28,5 30 31,5 33 34,5 36 37,5 39

tipo de solo lodo lodo lodo lodo lodo silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte silte

N'70 2,0 0,7 0,6 0,6 0,6 2,4 3,0 4,1 6,3 6,2 8,3 8,7 23,4 16,3 19,1 30,6 30,1 29,7

Dr por Gibbs e Holtz 0,18 0,19 0,22 0,27 0,27 0,31 0,31 0,50 0,41 0,44 0,55 0,54 0,53

Dr por Skempton 0,16 0,17 0,20 0,24 0,23 0,27 0,27 0,44 0,36 0,39 0,49 0,48 0,47

Dr mdio 0,17 0,18 0,21 0,26 0,25 0,29 0,29 0,47 0,39 0,42 0,52 0,51 0,50

por de Mello 28 29 29 30 30 31 31 35 33 34 36 36 36

por Bolton 32 32 33 33 33 34 34 36 35 35 36 36 36

Tabela 26-Sondagem S104-Clculo do ngulo de atrito por de Mello e por Bolton

Prof. 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 19,5 21 22,5 24 25,5 27 28,5 30 31,5

tipo de solo areia areia areia areia areia areia lodo lodo lodo lodo lodo lodo lodo silte/areia silte/areia silte/areia silte/areia silte/areia silte/areia silte/areia silte/areia

N'70 15,5 2,7 8,9 8,7 0,9 3,9 3,1 0,7 0,7 0,0 0,7 0,7 8,4 8,9 7,4 7,9 16,1 18,1 20,1 16,9 19,4

Dr por Gibbs e Holtz 0,84 0,31 0,52 0,47 0,14 0,28 0,35 0,32 0,32 0,45 0,48 0,49 0,45 0,47

Dr por Skempton 0,67 0,26 0,43 0,40 0,12 0,24 0,31 0,28 0,28 0,40 0,42 0,43 0,39 0,41

Dr mdio 0,76 0,29 0,47 0,43 0,13 0,26 0,33 0,30 0,30 0,43 0,45 0,46 0,42 0,44

por de Mello 44 31 35 34 28 30 32 31 31 34 34 35 34 34

por Bolton 45 35 38 37 32 34 35 34 34 36 36 36 35 36 46

Prof. 33 34,5 36 37,5 39

tipo de solo silte/areia silte/areia silte/areia silte/areia silte/areia

N'70 21,2 21,4 31,7 31,2 30,7

Dr por Gibbs e Holtz 0,49 0,48 0,58 0,57 0,56

Dr por Skempton 0,43 0,42 0,51 0,50 0,49

Dr mdio 0,46 0,45 0,54 0,53 0,52

por de Mello 35 34 37 37 36

por Bolton 36 36 37 37 36

7.4 Grficos com a variao do ngulo de atrito com a profundidade, por correlaes SPT'

0 0 5 10

10

20

30

40

50

por Shioiprofundidade

15 20 25 30 35 40Figura 26-Sondagem S102-variao do ngulo de atrito com a profundidade

por Kulhawy por de Mello por Bolton

47

'

0 0 5 10

10

20

30

40

50

por Shioi 15profundidade


20 25 30 35 40 45Figura 27-Sondagem S103-variao do ngulo de atrito com a profundidade

' 0 0 5 10 por Shioi 15 profundidade 20 25 30 35 40 45Figura 28-Sondagem S104-variao do ngulo de atrito com a profundidade

10

20

30

40

50


48

baco Robertson & Campanella100

qc (MPa)

10 CPT1 CPT2 CPT3

CPT4Areias 1 Areias Siltosas Siltes e Siltes Arenosos Argilas siltosas e siltes argilosos

0,1 0 1 2 3 4 5 6

Razo de frico (%)Anexo 1 - baco Robertson & Campanella

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Projecto Geotécnico Trab1