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CONSTRUÇÃO DE ATERRO SOBRE SOLOS MOLES COM UTILIZAÇÃO DE EPS Maccarini, M. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, [email protected] Resumo: São apresentados nesse artigo detalhes gerais de projeto e execução de um aterro sobre solos moles com a utilização de EPS. A obra foi realizada na rodovia BR 101, no encontro do lado sul do viaduto da principal entrada da cidade de Tubarão, no estado de Santa Catarina. A seleção de EPS como alternativa para a construção do aterro, teve como base vários fatores, dentre eles, a existência de solos moles na fundação do aterro, o fato das estacas dos pilares do viaduto, especialmente as dos pilares extremos, terem sido cravadas antes mesmo da construção do aterro, a necessidade de interferir minimamente no tráfego da BR 101 durante a construção, a questão do custo e a necessidade de construir o aterro o mais rapidamente possível. Abstract: Are presented in this paper, general details on the design and construction of an embankment on soft soils with the use of EPS. The construction took place in the BR 101 highway, south side extreme of an overpass in the main entrance to the city of Tubarão, Santa Catarina state. The EPS as an alternative to build the embankment was due to several reasons, such as, the existence of soft soils beneath the embankment, the fact that the overpass piles had been already in place, even before the beginning of the embankment construction, the necessity to guarantee a minimum interference on traffic during construction, the issue of construction cost and the need to construct the embankment in the shortest possible time. 1 INFORMAÇÕES GERAIS EPS é uma abreviação para Poliestireno Expandido ou Expanded PolyStyrene. É um material celular plástico que consiste de pequenas partículas de forma esférica, contendo na sua estrutura, aproximadamente, 98% de ar. Essa estrutura micro celular garante ao EPS um peso específico da ordem de 1% em relação aos solos compactados, mas que apresenta boas propriedades mecânicas. Já há muito tempo o EPS, é utilizado na construção de edificações, especialmente como isolante térmico e acústico e nas embalagens de produtos industrializados, apenas para citar algumas de suas inúmeras aplicações. Desde 1972, quando foi utilizado pela primeira vez na Noruega, o EPS vem sendo utilizado na construção de aterros rodoviários por apresentar um peso específico muito baixo, aliado a uma resistência à compressão significativa. Na América do Sul, o Chile, e a Venezuela já utilizam o EPS com o mesmo fim há vários anos. Apenas para ilustrar, o consumo de EPS num pequeno país como o Japão, no período de 1986, quando foi introduzido naquele país, até o final de 2008, foi de 5.030.000m3, num total de 10.500 projetos. Desse total, 85% foram utilizados na construção de aterros rodoviários. No Brasil existem apenas algumas obras construídas com EPS. A primeira delas foi realizada no estado da Bahia. Mais recentemente, outros aterros foram também construídos nos estado do Rio de Janeiro e São Paulo e também no nordeste. O principal fator que tem

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CONSTRUÇÃO DE ATERRO SOBRE SOLOS MOLES COM UTILIZAÇÃO DE EPS

Maccarini, M. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, [email protected]

Resumo: São apresentados nesse artigo detalhes gerais de projeto e execução de um aterro sobre solos

moles com a utilização de EPS. A obra foi realizada na rodovia BR 101, no encontro do lado sul do viaduto da principal entrada da cidade de Tubarão, no estado de Santa Catarina. A seleção de EPS como alternativa para a construção do aterro, teve como base vários fatores, dentre eles, a existência de solos moles na fundação do aterro, o fato das estacas dos pilares do viaduto, especialmente as dos pilares extremos, terem sido cravadas antes mesmo da construção do aterro, a necessidade de interferir minimamente no tráfego da BR 101 durante a construção, a questão do custo e a necessidade de construir o aterro o mais rapidamente possível.

Abstract: Are presented in this paper, general details on the design and construction of an embankment on

soft soils with the use of EPS. The construction took place in the BR 101 highway, south side extreme of an overpass in the main entrance to the city of Tubarão, Santa Catarina state. The EPS as an alternative to build the embankment was due to several reasons, such as, the existence of soft soils beneath the embankment, the fact that the overpass piles had been already in place, even before the beginning of the embankment construction, the necessity to guarantee a minimum interference on traffic during construction, the issue of construction cost and the need to construct the embankment in the shortest possible time.

1 INFORMAÇÕES GERAIS

EPS é uma abreviação para Poliestireno Expandido ou Expanded PolyStyrene. É um material celular plástico que consiste de pequenas partículas de forma esférica, contendo na sua estrutura, aproximadamente, 98% de ar. Essa estrutura micro celular garante ao EPS um peso específico da ordem de 1% em relação aos solos compactados, mas que apresenta boas propriedades mecânicas. Já há muito tempo o EPS, é utilizado na construção de edificações, especialmente como isolante térmico e acústico e nas embalagens de produtos industrializados, apenas para citar algumas de suas inúmeras aplicações. Desde 1972, quando foi utilizado pela primeira vez na Noruega, o EPS vem sendo utilizado na construção de aterros rodoviários

por apresentar um peso específico muito baixo, aliado a uma resistência à compressão significativa. Na América do Sul, o Chile, e a Venezuela já utilizam o EPS com o mesmo fim há vários anos. Apenas para ilustrar, o consumo de EPS num pequeno país como o Japão, no período de 1986, quando foi introduzido naquele país, até o final de 2008, foi de 5.030.000m3, num total de 10.500 projetos. Desse total, 85% foram utilizados na construção de aterros rodoviários. No Brasil existem apenas algumas obras construídas com EPS. A primeira delas foi realizada no estado da Bahia. Mais recentemente, outros aterros foram também construídos nos estado do Rio de Janeiro e São Paulo e também no nordeste. O principal fator que tem

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contribuído para o atraso na utilização do EPS na construção rodoviária, no Brasil, tem sido o custo. Não o custo da matéria prima, mas sim dos blocos de EPS. As fábricas de blocos, chamadas bloqueiras, no Brasil, existem há alguns anos e já estão instaladas em vários estados (SP, RJ, MG, GO, BA, PE, MT, PR, SC e RS). Com a instalação das fábricas no país, o custo dos blocos diminuiu, mas estabilizou num patamar alto. A instalação de mais fábricas tende

baixar o preço, embora pouco. Um dos fatores que influenciam o custo do EPS é a distância de transporte da fábrica até o local da obra. Os mesmos são transportados em caminhões do tipo baú. No caso do aterro de Tubarão, os blocos foram fabricados no Rio de Janeiro. Uma maior demanda do produto também contribuirá para uma redução de custos. O preço do EPS por m3 é no Brasil, atualmente, da ordem de R$350,00.

2 ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE ATERROS COM EPS

Detalhes de projeto de aterros rodoviários com a utilização de EPS podem ser vistos em Arellano, D. (2010). De uma forma geral, os seguintes aspectos devem ser contemplados;

a) possibilidade de ocorrer ruptura por cisalhamento do sistema pavimento - EPS - solo - fundação

b) a questão da possível flutuabilidade do sistema EPS, inclusive dos materiais acima do mesmo e

c) a prevenção de trilhas de rodas devido às deformações plásticas do EPS. Durante a construção da obra algumas precauções devem ser tomadas, no sentido de prevenir a possibilidade de incêndio dos blocos de EPS, a atuação de ventos sobre os mesmos e o vandalismo. Em regiões onde ocorrem terremotos, a solicitação é mais intensa e também deve ser levada em consideração.

2.1 Ruptura por cisalhamento do sistema pavimento - EPS - solo - fundação

Do ponto de vista de modelagem dos esforços para analisar a estabilidade contra a ruptura por cisalhamento, existem duas correntes, uma que considera nos cálculos a resistência do EPS e outra, a japonesa, que modela o sistema pavimento - solo - EPS e alguma carga adicional, simplesmente como uma carga sobre a fundação. O solo mole da fundação, nesse caso, teria a função de resistir aos esforços impostos. Em aplicações na engenharia, considerando-se a primeira corrente, a resistência ao cisalhamento de projeto é governada mais pelo atrito entre blocos do que a resistência do material EPS. Os planos de contato entre blocos são considerados como pontos fracos do sistema. A resistência cisalhante na interface entre blocos de EPS e algum entrosamento existente entre camadas de blocos compõem o principal mecanismo para resistir esforços horizontais. O coeficiente de atrito entre blocos tem sido estudado por vários pesquisadores (NRRL, 1992; Miki, 1996; Sheeley, 2000; Sheeley e

Negussey, 2000; Atmatzidis et al, 2001; Negussey et al, 2001). Valores de resistência de pico relatados

variaram entre 32 e 48⁰. A correspondente faixa de

pressões aplicadas variou entre 10 e 80kPa. Não houve padronização entre os diversos ensaios, como, tamanho de amostras, velocidade de teste, rugosidade da interface dos blocos, preparação das amostras, etc.. Apesar disso, o NCHRP (National Cooperative Highway Research Program) dos

Estados Unidos propõe utilizar um valor de 30⁰ para

simular a resistência ao cisalhamento na interface EPS/EPS. Experimentos de laboratório, realizados

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pelo EDO (EPS Construction Method Development Organization) do Japão, indicaram um valor de coeficiente de atrito de 0,64 ou um ângulo de

32,5⁰,levemente superior ao proposto pelo NCHRP.

Práticas existem no sentido de aumentar a resistência entre blocos e conferir uma maior unicidade ao sistema, tais como:

a) amarração dos blocos, durante a construção, tal como é realizado com tijolos na construção de paredes de edificações, é uma prática obrigatória que auxilia bastante. A colocação deve ser cuidadosa para evitar qualquer espaço vazio entre blocos adjacentes.

b) a utilização de grampos entre blocos, os quais podem provocar, segundo a EDO, um acréscimo de 40 a 50% sobre o coeficiente de atrito. A distribuição dos grampos deve ser espacial, ou seja, vertical e horizontalmente (ver Foto 11).

c) O confinamento do conjunto de blocos, através de muros de concreto, por exemplo, também pode contribuir com a resistência entre blocos pois impede ou, no mínimo, pode restringir efetivamente o movimento relativo entre eles. Nesses casos, a utilização de grampos pode até ser dispensada.

Os muros de concreto, nesses casos, podem não ser construídos exclusivamente para garantir esse confinamento, mas sim para outras finalidades, tais como proteger o EPS contra possíveis colisões de veículos. É o do presente caso, em Tubarão.

2.2 Flutuabilidade do sistema EPS e o material sobre o mesmo

Por sua leveza, o EPS apresenta o inconveniente da possibilidade de flutuar devido a ação do empuxo hidrostático, principalmente em casos de cheias. Várias medidas podem ser tomadas com o objetivo de evitar a flutuação, dentre elas podemos destacar;

a) construção de camadas de material convencional (solo) sobre o EPS, com peso suficiente para contrapor a ação do empuxo hidrostático,

b) rebaixamento do lençol freático

c) disposição, na seção de projeto, do EPS acima do lençol freático ou da máxima cheia e

d) atirantamento do conjunto de blocos.

2.3 Formação de trilhas de rodas

Caso as tensões que atingem o EPS ultrapassem o seu limite elástico, o mesmo deformará irrecuperavelmente e essas deformações serão refletidas no revestimento asfáltico na forma de trilhas de rodas. Existem várias maneiras de garantir que as tensões atuantes no EPS não ultrapassem o limite elástico, dentre elas;

a) utilização em projeto de uma tensão de trabalho correspondente a 1% de deformação do EPS, no máximo. Até esse valor as deformações do EPS são praticamente recuperáveis ou elásticas.

b) construção de uma laje de concreto armado sobre o EPS separando-o do material sobre ele,

c) construção de camadas de materiais convencionais de espessura suficiente para garantir o espraiamento das tensões, geradas pelo tráfego, ao atingir o EPS. Muito embora alguns autores

indiquem um valor de até 45⁰ (AIPE,1997), mesmo

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sem a laje de concreto, a maioria considera um

ângulo de 30⁰ ou até 2:1(V:H) para espraiar as

tensões nos solos e 20⁰ no interior do EPS.

Para o caso de Tubarão foi utilizado uma espessura de material convencional (solo e cinza pesada), acima do EPS, com uma espessura suficiente para atender as duas condições, simultaneamente, ou seja,

a) garantir o espraiamento das tensões verticais e

b) impedir a flutuação.

3 O ATERRO DE ENCONTRO DO VIADUTO

As Figuras 1 e 2, mostradas abaixo, apresentam, respectivamente, a seção longitudinal e transversal do aterro de encontro, lado sul do viaduto de Tubarão. Observa-se na Figura 2 que a espessura do solo mole é variável transversalmente à rodovia e razoavelmente uniforme na direção longitudinal. As figuras apresentam ainda a disposição do EPS nas seções. Os blocos utilizados possuem dimensões de 4,0m x 0,5m x 1,2m.

Vários fatores determinaram a necessidade de utilização do EPS no caso de Tubarão. Dentre os principais, podem ser citados os seguintes:

- ocorrência de solos muito moles no subsolo. Os mesmos apresentam resistência muito baixa, além da expectativa de sofrerem deformações verticais altas (recalque total, e mais importante recalque diferencial).

- altura do aterro de encontro incompatível com o solo de fundação. A mesma é de 7,10m, considerada bastante grande.

- as estacas do viaduto já estavam cravadas, são de concreto e com emendas no interior da camada de argila muito mole. Havia necessidade, portanto, de reduzir os esforços horizontais sobre as mesmas.

- presença, do lado esquerdo da seção, de edificação com fundações apoiadas sobre estacas. O lado esquerdo coincide com o de maior espessura de solo mole (Figura 2). Também nesse caso, havia necessidade de redução dos esforços horizontais sobre as estacas.

- havia pressão por parte do DNIT em liberar o viaduto para o tráfego, o mais rápido possível. O volume de tráfego no entorno da obra já era bastante grande na época. Havia engarrafamentos constantes. O cronograma de construção era bastante apertado. A construção com EPS pode ser realizada até em caso de chuvas fracas, ao contrário de solos. Coincidentemente, choveu acima da média na região na época da construção. Técnicas alternativas ao EPS foram cogitadas na época, ambas para aumentar a resistência do solo mole. Um delas foi a possibilidade de se utilizar Jet Grouting e a outra a técnica da Consolidação Profunda Radial (CPR). O fator tempo, além do custo, foi decisivo na seleção da solução. Os custos entre as soluções foram bastante próximos.

O EPS também, como qualquer outro material, apresenta desvantagens, mas essas podem ser contornadas com relativa facilidade. Dentre as principais tem-se:

- pode ser atacado quimicamente por produtos, tais como, pintura à base de óleo, gasolina, querosene, entre outros, os quais podem ser derramados em razão de acidentes rodoviários. Para evitar isso, utiliza-se uma manta geotêxtil de proteção sobre o EPS (ver Foto 9).

- o EPS não deve ser exposto à radiação solar por muito tempo. Portanto, uma camada de solo é construída e compactada nas laterais dos blocos para protegê-los.

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- o armazenamento dos blocos deve ser feito no sentido de protegê-los da radiação solar, de ventos e fogo. É comum a utilização de pesos colocados

sobre os blocos de EPS durante a construção (ver Fotos 3, 4 e 5).

Figura 1 - Seção longitudinal do aterro no encontro com o viaduto. O sul fica à esquerda da seção.

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Figura 2 - Seção transversal do aterro, no encontro com o viaduto, vista na direção do norte para o sul. A cidade de Tubarão está situada à esquerda da figura.

4 ILUSTRAÇÃO FOTOGRÁFICA

Foto1 - Situação anterior a construção (vista do viaduto vendo-se ao fundo o Morro do Formigão).

Foto 2 - Construção do muro de concreto nas laterais do aterro com EPS (nesse caso, o da esquerda).

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Foto 3 - Descarregamento dos blocos de EPS, com parte dos mesmos já instalados á direita (vista do viaduto). Observar as pedras sobre os blocos.

Foto 4 - Areia de regularização à esquerda e blocos de EPS já colocados à direita (vista do viaduto). Observar as pedras sobre os blocos.

Foto 5 - Vista geral, de cima do viaduto, com os blocos já posicionados. Observar as pedras sobre os blocos.

Foto 6 - Colocação da primeira camada dos blocos de EPS próximos do viaduto.

Foto 7 - Vista tomada sob o viaduto mostrando a aproximação dos blocos de EPS instalados.

Foto 8 - Vista tomada debaixo do viaduto, já com várias camadas de blocos de EPS instaladas.

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Foto 9 - O viaduto, o muro (ver Foto 12), a manta de proteção, a cinza e o solo de confinamento lateral sobre a manta geotêxtil.

Foto 10 - Cinza pesada sobre a manta geotêxtil. Em primeiro plano, parte do EPS, ainda sem a manta.

Foto 11 - Grampo "tupiniquim" de solidarização dos

blocos, improvisado com barras de ferro de construção.

Foto 12 - Muro de concreto da lateral esquerda e aterro em fase de acabamento (ver Foto 13).

Foto 13 - Compactação das camadas finais do pavimento.

Foto 14 - Aterro de encontro acabado e liberado ao tráfego.

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5 BIBLIOGRAFIA

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