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EVOLUÇÃO DE RECALQUE EM OBRA DE DUPLICAÇÃO DE ATERRO

SOBRE SOLO MOLE - COMPARAÇÃO ENTRE INSTRUMENTAÇÃO E

MODELAGEM BIDIMENSIONAL PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS

FINITOS

Julia Gomes Pinto Carapiá

Projeto de Graduação apresentado ao

Curso de Engenharia Civil da Escola

Politécnica, Universidade Federal do Rio

de Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de Enge-

nheiro.

Orientador

Alessandra Conde de Freitas

Marcos Barreto de Mendonça

Rio de Janeiro, Março de 2018

Evolução de recalque em obra de duplicação

de aterro sobre solo mole - comparação entre instrumentação e

modelagem bidimensional pelo método dos elementos �nitos


PROJETODEGRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPODOCENTE DOCURSO

DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECES-

SÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

Apresentado por:


Aprovado por:

Prof. Alessandra Conde de Freitas, DSc.

Prof. Marcos Barreto de Mendonça, DSc.

Prof. Ana Cláudia Telles, MSc.

Prof. José Bernardino Borges, MSc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

Março de 2018

G P Carapiá, Julia

Evolução de recalque em obra de duplicação de aterro

sobre solo mole - comparação entre instrumentação e

modelagem bidimensional pelo método dos elementos

�nitos/ Julia G P Carapiá. � Rio de Janeiro: UFRJ/Escola

Politécnica, 2017.

xi, 87 p.: il.; 29, 7cm.

Orientador: Alessandra Conde de Freitas e Marcos

Barreto de Mendonça

Projeto de Graduação � UFRJ/Escola

Politécnica/Curso de Engenharia Civil, 2017.

Referências Bibliográ�cas: p. 85 � 87.

1. Aterro sobre solo mole. 2. Previsão de recalques.

i

Agradecimentos

Primeiramente, devo agradecer aos meus orientadores neste trabalho de conclu-

são do curso, Alessandra Conde Freitas e Marcos Barreto por terem me auxiliado

nas diretrizes deste projeto. Dedico aos meus pais, Eliane e Antonio, que sempre me

incentivaram a valorizar a educação e o conhecimento. Também dedico aos meus

avós , Regina e Antonio, que cuidaram de mim e do meu irmão durante os tempos

mais tranquilos e também os mais difíceis. Agradeço a todos que me acompanharam

e de alguma forma me conduziram até aqui: meus professores do curso de engenha-

ria civil, meus professores e amigos do ciclo básico, meus colegas e amigos, Diogo

e Adriano. Agradeço também áqueles que me ajudaram no processo desse projeto:

Fabio Silva, Felipe, Ludmila Teixeira e Gustavo.

ii

RESUMO

Evolução de recalque em obra de duplicação de aterro sobre solo mole -

comparação entre instrumentação e modelagem bidimensional pelo método dos

elementos �nitos


Março/2018

Orientador: Alessandra Conde de Freitas, DSc.

Este trabalho teve por objetivo apresentar uma análise dos recalques ocorridos

durante a construção de um aterro sobre camada de solo mole. A obra consistiu na

construção de um aterro de ferrovia ao lado de um aterro pré-existente. Nesse estudo

foram comparados dados de deslocamento vertical obtidos pelo monitoramento de

recalque com dados de deslocamento resultantes de simulação feita através do pro-

grama PLAXIS 2D. Esse programa utiliza a abordagem de cálculo pelo método de

elementos �nitos.

Para comparação dos resultados foram avaliados a in�uência do aterro antigo,

variações na geometria do modelo e parâmetros do solo nos resultados obtidos.

Palavra-chave: aterros sobre solos moles, previsão de recalque, PLAXIS 2D

iii

ABSTRACT

Settlement evolution in duplication work of enbankmnet over Soft Soil -

comparison between instrumentation and two-dimensional modeling employing

Finite Element Mehod


March/2018

Advisor: Alessandra Conde de Freitas, DSc.

This work aims to show a settlement analysis during an embankment construc-

tion on a soft soil. The construction was a railroad embankment next to a pre-

existent embankment. This study evaluated vertical displacement data of a section

settlement monitoring compared to the results of PLAXIS 2D program. It uses �nite

elements method approach to calculate the soil behaviour.

This works presents the evaluation of the pre-existent embankment in�uence,

model geometry variations and changes in soil's parameters in the results.

Key-words: embankment on soft soils, prediction of settlements, PLAXIS 2D

iv

Lista de Figuras

Figura 1.1: Localização da ferrovia (Google,2017 [17]) . . . . . . . . . . . . . 2

Figura 2.1: Técnicas de construção de aterros sobre solos moles (LEROUEIL,

1997 [19]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Figura 2.2: Esquema da câmara de ensaio triaxial (PINTO, 2006 [22]) . . . . 10

Figura 2.3: Envoltória de resistência obtida com resultado de ensaios de com-

pressão triaxial (PINTO, 2006 [22]) . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Figura 2.4: Aparelho de Casagrande (PINTO, 2006 [22]) . . . . . . . . . . . . 13

Figura 2.5: Método de obtenção do índice de plasticidade (MOLINA, 2017 [21]) 13

Figura 2.6: Esquema de determinação do volume dos sólidos pelo peso da

água deslocada no ensaio de peso especí�co dos grãos (PINTO,

2006 [22]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Figura 2.7: Exemplo de curva de distribuição granulométrica do solo (PINTO,

2006 [22]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Figura 2.8: Esquema de aplicação do ensaio edométrico [28] . . . . . . . . . . 16

Figura 2.9: Grá�co e x logσ′vm (MARTINS, 2016 [20]) . . . . . . . . . . . . . 17

Figura 2.10: Método Pacheco Silva (MARTINS, 2016 [20]) . . . . . . . . . . . 18

Figura 2.11: Grá�co utilizado para obtenção do coe�ciente de compressibili-

dade (FREITAS, 2016 [14]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

v

Figura 2.12: Relação entre os parâmetros de compressibilidade na compressão

con�nada (LAMBE e WHITMAN, 1969 [18]) . . . . . . . . . . . 20

Figura 2.13: Esquema de sensores de um piezocone (ALMEIDA e MARQUES,

2010 [5]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Figura 2.14: Esquema de áreas um piezocone usadas para correção da resis-

tência de ponta (ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5]) . . . . . . . 22

Figura 2.15: Fator tempo T ∗ (HOULSBY e TEH (1989) [27]) . . . . . . . . . . 23

Figura 2.16: Resumo das dimensões mais comumente usadas no ensaio de pa-

lheta (CHANDLER, 1988 [10]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Figura 2.17: Resumo dos tipos mais comumente usados no ensaio de palheta

(FUTAI, 2018 [15]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Figura 2.18: Exemplo de resultado de ensaio de palheta (DANZIGER, 2015 [11]) 26

Figura 2.19: Correlação do fator de correção µ com o índice de plasticidade da

argila (BJERRUM, 1973 [7]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Figura 2.20: Esquema de posicionamento e detalhes de marco . . . . . . . . . 30

Figura 2.21: Esquema de posicionamento e detalhes de placa de recalque . . . 31

Figura 2.22: Esquema de posicionamento do per�lômetro . . . . . . . . . . . . 31

Figura 2.23: Esquema de posicionamento e cálculo de deslocamento horizontal

de inclinômetro (COMMETRO, 2017 [13]) . . . . . . . . . . . . . 33

Figura 2.24: Esquema de montagem do piezômetro de Casagrande . . . . . . . 34

Figura 2.25: Relação hiperbólica entre deformação e tensão do modelo Hardening-

soil (ARAUJO, 2004 [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Figura 2.26: Relação grá�ca de Erefoed para ensaios edométricos (ARAUJO, 2004

[6]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

vi

Figura 2.27: Relação tensão-deformação usada no modelo Soft-Soil (ARAUJO,

2004 [6]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Figura 3.1: Sondagem na seção 18+800 até 9,0 m de profundidade . . . . . . 48

Figura 3.2: Sondagem na seção 18+800 de 9,0 m até 27,0 m de profundidade 49

Figura 3.3: Sondagem na seção 18+800 de 27,0 m até 30,45 m de profundidade 50

Figura 3.4: Resultado do ensaio de CPTu da seção 18+840 . . . . . . . . . . 52

Figura 3.5: Resultado do ensaio de palheta da seção 18+900 1/2 . . . . . . . 54

Figura 3.6: Resultado do ensaio de palheta da seção 18+900 2/2 . . . . . . . 54

Figura 3.7: Solução do aterro selecionado, seção 18+880 . . . . . . . . . . . . 61

Figura 3.8: Solução do aterro selecionado, seção 18+880, em detalhe . . . . . 62

Figura 3.9: Grá�co de cota do aterro e progressão dos recalques pelo monito-

ramento × Tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Figura 4.1: Modelo utilizado na Análise 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Figura 4.2: Fase de pré-construção do segundo aterro . . . . . . . . . . . . . . 71

Figura 4.3: Nível freático estabelecido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Figura 4.4: Primeira fase, implantação dos drenos verticais . . . . . . . . . . 72

Figura 4.5: Segunda fase, implantação do colchão drenante, geogrelha e alte-

amento de 2 metros de berma e aterro . . . . . . . . . . . . . . . 72

Figura 4.6: Terceira fase, alteamento de 4,7 metros de berma e aterro. . . . . 72

Figura 4.7: Quarta fase, alteamento de 0,2 metros de aterro. . . . . . . . . . . 73

Figura 4.8: Deslocamento totais verticais na seção . . . . . . . . . . . . . . . 73

Figura 4.9: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 1 de acordo com

o monitoramento e de acordo com a análise numérica . . . . . . . 74

vii





Figura 4.12: Geometria da seção 18+880 usada para a segunda análise . . . . . 76


o monitoramento e de acordo com a segunda análise numérica . . 76





Figura 4.16: Diagrama de deslocamento referente a segunda análise, retirando

os elementos de drenagem da Análise 1 . . . . . . . . . . . . . . . 78


o monitoramento e de acordo com a terceira análise numérica . . 79





Figura 4.20: Diagrama de deslocamento referente a terceira análise, diminuindo

20 vezes os valores de permeabilidade das camadas de argila da

Análise 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

viii

Lista de Tabelas

3.1 Resumos das sondagens (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . . . . . 47

3.2 Resumo dos ensaios CPTU (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . . . 51

3.3 Resumo dos Ensaios de Palheta (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . 53

3.4 Resumos dos ensaios de caracterização (BOUCH, 2017 [8]) . . . . 55

3.5 Resumos dos ensaios de adensamento (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . 56

3.6 Soluções empregadas (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . . . . . . . 57

3.7 Localização dos Piezômetros de Casagrande (BOUCH, 2017 [8]) . 57

3.8 Localização dos Piezômetros Elétricos (BOUCH, 2017 [8]) . . . . 58

3.9 Localização dos Inclinômetros (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . . . . 58

3.10 Localização dos Marcos Super�ciais (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . 59

3.11 Localização das Placas de Recalque (BOUCH, 2017 [8]) . . . . . . 60

4.1 Parâmetros de Soft Soil utilizados na Análise 1 . . . . . . . . . . 67

4.2 Parâmetros de Hardening Soil utilizados na Análise 1 . . . . . . . 68

4.3 Comparação dos parâmetros usados para modelar a seção 18+880

com parâmetros resultantes de ensaio em seções próximas (BOUCH,

2017 [8]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.4 Parâmetros de permeabilidade das argilas utilizados na Análise 3 78

ix

Sumário

Agradecimentos ii

Resumo iii

Abstract iv

Lista de Figuras v

Lista de Tabelas ix

1 Introdução 1

1.1 Considerações iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Relevância do tema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.4 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.5 Organização do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Revisão Bibliográ�ca 5

2.1 Aterros sobre solos moles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1.1 Aterro reforçado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

x

2.1.2 Bermas de equilíbrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.1.3 Construção em etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.1.4 Redução da altura do aterro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.5 Aterros leves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.6 Colunas de brita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.7 Colunas de solo estabilizados ou colunas de cal . . . . . . . . . 7

2.1.8 Aterro sobre estacas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.9 Substituição parcial ou total de solos moles . . . . . . . . . . . 8

2.1.10 Pré-carregamento por vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1.11 Drenos verticais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1.12 Sobrecarga temporária . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2 Investigações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2.1 Ensaios de laboratório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2.1.1 Ensaio de Compressão Triaxial . . . . . . . . . . . . 9

2.2.1.2 Ensaios de Caracterização . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2.1.2.1 Índice de Consistência . . . . . . . . . . . . 11

2.2.1.2.2 Índice de plasticidade . . . . . . . . . . . . 12

2.2.1.2.3 Teor de Umidade Natural . . . . . . . . . . 13

2.2.1.2.4 Índice de Vazios . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.2.1.2.5 Granulometria . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2.1.3 Ensaio de adensamento . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.2.2 Ensaios de campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2.2.1 Ensaio CPTu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

xi

2.2.2.1.1 Coe�ciente de Adensamento Horizontal . . . 23

2.2.2.2 Ensaio de Palheta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2.2.3 Standard Penetration Test . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.3 Instrumentação Geotécnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.3.1 Marcos super�ciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.3.2 Placa de Recalque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.3.3 Per�lômetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.3.4 Extensômetro magnético (aranha magnética) . . . . . . . . . . 32

2.3.5 Inclinômetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.3.6 Piezômetro elétrico de corda vibrante . . . . . . . . . . . . . . 32

2.3.7 Piezômetro de Casagrande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.4 Modelagens numéricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.4.1 Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.4.2 Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.4.3 Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.4.3.1 Deslocamento e deformações . . . . . . . . . . . . . . 36

2.4.3.2 Tensões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.4.4 Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.5 Modelos constitutivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.5.1 Modelo constitutivo para solos moles . . . . . . . . . . . . . . 38

2.5.1.1 Hardening soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.5.1.2 Soft soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

xii

3 A Obra Estudada 45

3.1 Investigações Geotécnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.1.1 Sondagens e ensaios SPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.1.2 CPTu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.1.3 Ensaio de Palheta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.1.4 Ensaios de laboratório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.2 Soluções Empregadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.3 Instrumentações Geotécnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.4 Seção Selecionada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4 Análise Numérica 66

4.1 Parâmetros Utilizados na Análise Numérica . . . . . . . . . . . . . . 66

4.2 Análise no PLAXIS 2D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.2.1 Primeira Análise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.2.2 Segunda Análise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

4.2.3 Terceira Análise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

5 Considerações �nais 82

5.1 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.2 Sugestão para trabalhos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Referências 85

xiii

Capítulo 1

Introdução

1.1 Considerações iniciais

O controle de recalques em uma obra é um tema essencial na engenharia geo-

técnica. Cálculos realizados na fase de projeto e monitoramento feito em campo

são partes vitais desse controle e estipulam as diretrizes e prazos do andamento da

obra. Obras de aterro apresentam a dependência do comportamento do solo estru-

turalmente em quase toda sua totalidade, sendo então interessante de trabalhar do

ponto de vista geotécnico.

Para realizar este trabalho foi necessário acesso a dados de monitoramento de

recalque e dados de projeto, como geometria da seção de aterro estudada e resul-

tados de investigações. A obra em questão é a duplicação de um aterro de uma

ferrovia localizada no nordeste do país. A localização da ferrovia está explicitada

na �gura 1.1.

Foi escolhida a seção 18+880 da ferrovia para ser feita uma retroanálise dos re-

calques. Essa região é situada acima de uma espessa camada de solo mole, o que

exige decisões especí�cas de dimensionamento de projeto e monitoramento.

A estrada de ferro tem cerca de 892 quilômetros de extensão e está localizada no

Maranhão, Brasil.

1

Figura 1.1: Localização da ferrovia (Google,2017 [17])

1.2 Relevância do tema

Devido ao crescimento do país e à necessidade de ampliação da infraestrutura do

mesmo, a engenharia se vê desa�ada por diversos problemas, por vezes inevitáveis.

Em obras sobre solos moles, os efeitos de recalque acontecem muito lentamente

e podem levar anos. Para obras de aterro ocorrerem em tais condições, foram

desenvolvidas diferentes técnicas de construção compatíveis com diferentes situações

encontradas em obra. Para maior segurança, também são implantados instrumentos

de monitoramento e são feitos ensaios especí�cos para solos moles.

É necessário cuidado especial com essas obras pois, devido aos recalques tar-

dios, as falhas e acidentes podem ocorrer no período de operação pondo em risco a

usabilidade do empreendimento ou até a segurança do usuário.

1.3 Objetivos

Este trabalho é um estudo de caso de recalque de um aterro de duplicação de

uma ferrovia sobre solos moles, utilizando comparação de dados instrumentais e

2

resultados de análise numérica obtidos através do programa PLAXIS 2D [24]. Os

dados usados são relativos a uma determinada seção da ferrovia.

Os dados de monitoramento usados neste trabalho são da fase de construção do

empreendimento, portanto, a comparação entre esses resultados e o da modelagem

usando o método dos elementos �nitos (MEF) será feita apenas nesse período. Ape-

sar dessa limitação, foi feita uma avaliação do modelo baseada no dimensionamento

de projeto e na execução na obra, em uma tentativa de calibrar o modelo.

1.4 Metodologia

Neste trabalho foram usados dados de Input do programa PLAXIS para os mo-

delos constitutivos Hardening Soil, para os materiais de berma, aterro, areia de

substituição, camada de areia �na e colchão drenante, e Soft Soil para as cama-

das de argila mole. Os dados obtidos em campo aqui utilizados correspondem à

seção 18+880 e a outros de trechos próximos ou que possam ser considerados com

propriedades equivalentes.

Os dados de instrumentação foram utilizados tanto para o desenvolvimento da

análise numérica quanto para apurar os valores efetivos dos recalques durante a

obra. Na análise numérica foram levados em consideração os períodos de tempo em

que foram feitos os alteamentos do aterro de acordo com os dados de topogra�a.

Os valores efetivos de recalque foram resultados de coleta de dados das placas de

recalque em 3 pontos do aterro novo. As 3 placas de recalque foram assentadas sobre

a berma de equilíbrio que havia sido utilizada anteriormente como solução para a

estabilidade do aterro pré-existente.

1.5 Organização do trabalho

A estrutura desta dissertação foi dividida em 5 capítulos. O capítulo 1 a in-

trodução ao tema do qual se trata este trabalho, fazendo as considerações inicias,

explicitando a relevância do tema, objetivos, metodologia aplicada e organização.

3

No capítulo 2 foi a feita revisão bibliográ�ca, que fornece informações sobre solu-

ções construtivas utilizadas geralmente para aterros sobre solos moles, investigações

e instrumentações utilizadas e sobre modelagens numéricas e modelos constitutivos

que são utilizados no trabalho.

O capítulo 3 discorreu sobre a obra estudada, seu subtrecho e alternativas que

foram utilizadas para a execução da obra na seção escolhida.

No capítulo 4 foi abordada a modelagem numérica feita para previsão de recal-

ques tanto na fase de construção do aterro de duplicação quanto posteriormente a

ele. Neste mesmo capítulo foram desenvolvidos os passos e considerações usadas

para comparação dos resultados do PLAXIS e do monitoramento.

No quinto capítulo foi elaborada a conclusão da comparação dos resultados e

também ideias para futuros trabalhos envolvendo a obra.

4

Capítulo 2

Revisão Bibliográ�ca

2.1 Aterros sobre solos moles

Devido à origem sedimentar dos solos moles, geralmente argilosa e saturada, eles

possuem grande e lenta deformabilidade, baixa permeabilidade e baixa resistência

ao cisalhamento. Logo, para a realização de aterros em solos desse tipo, existem

diversas técnicas que visam diminuir recalques devido ao adensamento, aumentar

a estabilidade dos taludes ou interferir em ambos os fatores. Essas técnicas são

enumeradas e brevemente explicadas nos métodos construtivos apresentados na Fi-

gura 2.1.

2.1.1 Aterro reforçado

Os aterros reforçados são aterros que possuem um reforço estrutural através

de uma malha na sua base como indicado no item (a) da Figura 2.1. Neles são

utilizados geossintéticos, geogrelha ou geotêxtil. Esses polímeros de alta resistência

e rigidez aumentam a capacidade de carga da fundação. A restrição da deformação

do aterro e/ou reforço da resistência a tração são utilizados nesse caso (DOMINONI,

2011 [12]).

5

Figura 2.1: Técnicas de construção de aterros sobre solos moles (LEROUEIL, 1997

[19])

2.1.2 Bermas de equilíbrio

As bermas de equilíbrio tem como �nalidade o acréscimo do equilíbrio global do

aterro em conjunto com o solo mole. Para a implantação da berma é necessário que

a obra tenha disponibilidade de espaço e material para sua construção (DOMINONI,

2011 [12]). Essa solução está representada no item (b) da Figura 2.1.

2.1.3 Construção em etapas

A construção de aterro em etapas (item (c) da Figura 2.1) é recomendada quando

a implantação total do aterro apresenta um fator de segurança muito baixo. Um

aterro alteado em etapas permite que haja um ganho de resistência da argila mole,

pela dissipação do excesso de poropressão, antes de ser implementada a próxima

camada de aterro. Para execução dessa técnica é fundamental o monitoramento

e acompanhamento dos valores de resistência não drenada durante os alteamentos

(ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5]).

6

2.1.4 Redução da altura do aterro

Esse método consiste em uma adaptação do projeto visando diminuir a carga

do aterro sobre solos moles, aumentando tanto a estabilidade quanto o recalque. A

redução da altura de recalque é ilustrada na Figura 2.1 no item (d).

2.1.5 Aterros leves

Para a execução dessa solução (item (e) da Figura 2.1), os materiais usados

devem ser de pequena densidade. Entre esses materiais estão argila expandida,

isopor, pneus picados e serragem. O uso desses materiais para composição do aterro

visa ter um maior controle dos recalques, já que tanto os recalques primários quanto

os secundários são causados por acréscimo de tensão vertical sobre o solo mole.

2.1.6 Colunas de brita

No intuito de reforçar o solo é formado um conjunto estaca-solo para aumentar a

resistência ao deslocamento vertical e horizontal após a aplicação da carga de aterro.

Nesse método, ilustrado no item (f) da Figura 2.1, podem ser utilizados brita ou

outros materiais granulares na camada de solo mole.

2.1.7 Colunas de solo estabilizados ou colunas de cal

Esse método (item (f) da Figura 2.1) consiste no melhoramento do solo por

meio de sua mistura com um aglutinante, geralmente calda de cimento (PINTO,

2016 [23]). Esses melhoramentos atuam nas características mecânicas (resistência e

deformabilidade) e diminuição da permeabilidade do solo.

2.1.8 Aterro sobre estacas

Os aterros sobre estacas (item (h) da Figura 2.1) têm como função distribuir

as cargas do aterro para solos mais competentes abaixo da camada de solo mole,

diminuindo assim a solicitação das tensões verticais sobre as camadas de menor

7

resistência. Essa transmissão de carga é feita por meio de estruturas rígidas como

estacas de aço ou colunas de materiais granulares (ALMEIDA e MARQUES, 2010

[5]).

2.1.9 Substituição parcial ou total de solos moles

Este método (item (i) e (j) da Figura 2.1) visa a diminuição de recalques e

aumento da resistência à ruptura. O uso dessa técnica é viável para espessuras de

camadas de até 4,0 metros de solo mole (ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5]). O

material utilizado para substituição deve ter características geotécnicas adequadas

à natureza da obra.

2.1.10 Pré-carregamento por vácuo

Esta técnica (item (k) da Figura 2.1) utiliza sobrecarga no aterro de até 80

kPa e drenos horizontais e verticais. O vácuo é usado por meio de um sistema

de bombeamento em associação com o sistema horizontal de drenos localizados em

uma camada de areia drenante. É usada uma membrana impermeável de PVC até

as trincheiras periféricas para manter a estanqueidade (ROZA, 2012 [25]).

2.1.11 Drenos verticais

Os drenos verticais utilizados nessa solução (item (l) da Figura 2.1) têm como

objetivo acelerar o processo de adensamento através da drenagem radial combinada

com a vertical. Esse processo é acelerado porque os drenos diminuem o caminho

de �uxo da água, não alterando o valor �nal do adensamento, mas aumentando a

velocidade seu processo.

2.1.12 Sobrecarga temporária

Esse método (item (m) da Figura 2.1) tem como �nalidade acelerar os recalques

primários e fazer uma compensação total ou parcial dos secundários que não são

relacionados com a dissipação de poropressão, mas com fenômenos viscosos.

8

2.2 Investigações

2.2.1 Ensaios de laboratório

Os ensaios de laboratório são importantes para a obtenção de vários fatores de

determinação do tipo de solo e características do mesmo. Eles têm a vantagem

de possibilitar maior controle da amostra, mas podem demorar mais para serem

realizados, apresentar alto custo e precisar de cuidado para melhor representar as

condições em campo atuantes no solo.

2.2.1.1 Ensaio de Compressão Triaxial

O ensaio de compressão triaxial convencional é realizado através da aplicação de

uma tensão con�nante em um corpo de prova cilíndrico e posterior adição de uma

tensão desviadora (∆σ1 ou σ1 − σ3) aplicada axialmente por um pistão localizado

na face superior do corpo de prova (PINTO, 2006 [22]). O esquema do ensaio é

demonstrado na Figura 2.2.

Caso o ensaio seja de carregamento, os planos horizontais e verticais são os princi-

pais. Sendo o plano horizontal o maior (σ1), e o vertical o menor (σ3), pela ausência

de tensões de cisalhamento nas bases e nas geratrizes do corpo de prova. Com

os valores das tensões principais, é possível traçar o círculo de Mohr (Figura 2.3).

Fazendo o ensaio para diferentes tensões con�nantes e tendo o valor das tensões

desviadoras durante a ruptura, é obtida envoltória de ruptura.

Os ensaios triaxiais podem ter variações referentes a condição de drenagem. A

seguir serão descritos os tipos mais básicos (PINTO, 2006 [22]):

� Ensaio adensado drenado (CD): nesse ensaio há permanente drenagem do

corpo de prova em ambas as fases do ensaio, que são as fases de adensamento

e carregamento. A fase de adensamento consiste na aplicação da tensão con�-

nante, ocorrendo a drenagem do corpo de prova para a dissipação do excesso

de poropressão. Após o adensamento, é feito o carregamento axial também

9

Figura 2.2: Esquema da câmara de ensaio triaxial (PINTO, 2006 [22])

drenado. O volume de água que sai durante o carregamento pode ser conside-

rado como a variação de volume do corpo de prova. Para que a poropressão

durante o carregamento seja praticamente nula, a velocidade de aplicação da

carga deve ser compatível com a permeabilidade do solo. Alguns solos pouco

permeáveis podem precisar de 20 dias ou mais de duração de ensaios e so-

los mais permeáveis apenas alguns minutos. Nesse ensaio é possível obter a

resistência em termos de tensão efetiva.

� Ensaio adensado não drenado (CU): a fase de adensamento desse ensaio ocorre

da mesma forma que no ensaio anterior. O carregamento é feito sem drenagem,

de forma que não há variação de volume nem dissipação de poropressão no

corpo de prova nessa fase. Com esse ensaio pode ser obtida a resistência não

drenada e, caso a poropressão seja medida, pode ser calculada a resistência

em termos de tensão efetiva.

� Ensaio não adensado não drenado (UU): nesse ensaio não há drenagem do

10

Figura 2.3: Envoltória de resistência obtida com resultado de ensaios de compressão

triaxial (PINTO, 2006 [22])

corpo de prova durante a aplicação da tensão con�nante ou durante o carrega-

mento. Deste modo, o teor de umidade permanece constante e não há alteração

de volume se o corpo de prova esiver saturado. O ensaio é interpretado em

termos de tensões totais.

2.2.1.2 Ensaios de Caracterização

2.2.1.2.1 Índice de Consistência

O estado físico em que as argilas se encontram pode ser relacionado com o índice

de vazios da amostra. Uma vez que grande parte das amostras de argilas obtidas em

campo estão saturadas, há uma relação direta entre o índice de vazios e a umidade

nesses casos. Para relacionar o comportamento da argila com a umidade da mesma,

foi proposto por Terzaghi o índice de consistência, com a expressão abaixo:

IC =LL− wLL− LP

(2.1)

Sendo,

IC - Índice de Consistência

LL - Limite de Liquidez

w - Umidade

LP - Limite de Plasticidade

11

Os limites de consistência são determinados através da fração do solo que passa

na peneira número 40 (0,42 mm), já a umidade é referente a todo o solo. Logo, o

índice de consistência só pode ser calculado diretamente se todo o solo passar nessa

peneira. A estimativa de consistência pelo índice de consistência (IC) é mostrada

abaixo (PINTO, 2006 [22]).

IC = 0 Muito moles

0 < IC < 0, 5 Moles

0, 5 < IC < 0, 75 Médias

0, 75 < IC < 1, 0 Rijas

IC > 1, 0 Duras

2.2.1.2.2 Índice de plasticidade

O índice de plasticidade (IP) é uma das formas de identi�cação do solo (PINTO,

2006 [22]). Esse índice é calculado através da expressão abaixo que utiliza os limites

de Atterberg.

IP = LL− LP (2.2)

Sendo,

LL - Limite de Liquidez

LP - Limite de Plasticidade

O limite de liquidez (LL) é o teor de umidade do solo necessário para fechar uma

ranhura nele, feita com 25 golpes em uma concha, como na Figura 2.4.

O limite de plasticidade (LP) é de�nido pelo teor de umidade mínimo com o

qual é possível moldar um cilindro de 3 mm de diâmetro, rolando-se o solo com a

palma da mão (NBR7180, 2016 [4]). O procedimento é ilustrado na Figura 2.5.

Para obtenção da umidade em cada método, são realizadas diversas tentativas

com diferentes umidades.

12

Figura 2.4: Aparelho de Casagrande (PINTO, 2006 [22])

Figura 2.5: Método de obtenção do índice de plasticidade (MOLINA, 2017 [21])

2.2.1.2.3 Teor de Umidade Natural

A umidade (w) é a razão entre o peso da água e dos sólidos da amostra. Para

determinar esses valores, é medido o peso do solo em seu estado natural. Depois esse

solo é seco em uma estufa a 105°C até o peso se manter constante e então pesa-se

novamente. O peso da água é a diferença entre o peso do solo em seu estado natural

e seu peso quando seco (PINTO, 2006 [22]).

13

2.2.1.2.4 Índice de Vazios

O índice de vazios (e) é a relação entre o volume de vazios de o volume de sólidos

do solo. O cálculo dele não pode ser feito diretamente, mas sim a partir de outros

índices (PINTO, 2006 [22]). Podem ser usadas relações como as abaixo:

e =

(γsγd

)− 1 (2.3)

γs - Peso especí�co dos grãos

γd - Peso especí�co aparente seco, determinado indiretamente pela relação

γd =γn

1 + w(2.4)

γn - Peso especí�co natural do solo

w - Umidade

Para obtenção do peso especí�co dos grãos (γs), coloca-se um peso seco conhecido

em um picnômetro, completa-se o volume do mesmo com água destilada e pesa-se o

conjunto. Depois, é pesado o picnômetro com volume preenchido apenas com água.

Como a densidade da água já é conhecida e o volume interno do picnômetro também,

é necessário somente o conhecimento do peso de água deslocada para obter o volume

ocupado pelos grãos do primeiro conjunto. O esquema da forma de obtenção é

ilustrado na Figura 2.6.

Figura 2.6: Esquema de determinação do volume dos sólidos pelo peso da água

deslocada no ensaio de peso especí�co dos grãos (PINTO, 2006 [22])

O peso especí�co natural é obtido através da moldagem de um cilindro do solo

14

com dimensões conhecidas para que seja possível calcular o volume. O peso do solo

contido no cilindro dividido pelo volume da amostra é o peso especí�co natural.

2.2.1.2.5 Granulometria

A análise granulométrica, conjuntamente com os ensaios para estipular os índi-

ces de consistência, é usada para identi�cação do solo a partir das partículas que os

constituem. Para a determinação das porcentagens de grãos menores que o diâme-

tro estipulado, é feito o peneiramento. Com os grãos que passam de peneira nº 200

(0,075mm) é feito o ensaio de sedimentação (PINTO, 2006 [22]). Com as informa-

ções obtidas por esses dois métodos é possível construir uma curva de distribuição

granulométrica deste solo. Assim, são obtidas as porcentagens de argila, silte, areia

�na, areia média e pedregulho presentes no solo como no exemplo da Figura 2.7.

Figura 2.7: Exemplo de curva de distribuição granulométrica do solo (PINTO, 2006

[22])

15

2.2.1.3 Ensaio de adensamento

O ensaio de adensamento também pode ser chamado de ensaio de compressão

edométrica ou ensaio de compressão con�nada. De acordo com a norma (NBR12007,

1991 [2]), ele consiste na compressão de um solo contido dentro de um molde cilín-

drico que impede deformação lateral como mostrado na Figura 2.8. Este ensaio

simula o comportamento de um solo quando comprimido pela ação do peso de novas

camadas que sobre ele se depositam, ou seja, para situação de construção de aterros

sobre grandes áreas (PINTO, 2006 [22])

Figura 2.8: Esquema de aplicação do ensaio edométrico [28]

O ensaio é feito em um corpo de prova saturado com pedras porosas acima e

abaixo dele. No ensaio são aplicadas cargas axiais por uma prensa na célula de

compressão edométrica. O carregamento é feito em etapas para cada carga apli-

cada, primeiro registra-se a deformação a diversos intervalos de tempo, até que a

mesma tenha praticamente cessado. O tempo de duração do ensaio vai de minutos

para areias até dezenas de horas para argilas. Pode ser representado o índice de

vazios em função das tensões verticais efetivas atuantes. A partir de grá�cos como

o da Figura 2.9, é possível a obtenção de importantes paramêtros como índice de

16

compressão virgem (Cc), de descompressão (Cs) e recompressão (Cr).

Figura 2.9: Grá�co e x logσ′vm (MARTINS, 2016 [20])

Este mesmo ensaio pode determinar a tensão de sobreadensamento do solo (σ′vm)

pelo método Pacheco Silva (1970). Esse método é aplicado traçando uma reta hori-

zontal que parte do índice de vazios inicial da amostra (e0). A seguir, o trecho de

compressão virgem é prolongado até o ponto em que cruze a reta horizontal. Nesse

ponto é traçada para baixo uma reta vertical até a curva. Deste segundo ponto é

traçada uma horizontal até o prolongamento do trecho de compressão virgem. A

abcissa desse último ponto de interseção é correspondente a tensão de sobreaden-

samento (σvm) do solo, em escala logaritmica. Esse método está esquematizado na

Figura 2.10.

Também é possível obter, através desse ensaio, o coe�ciente de adensamento cv do

solo. Esse coe�ciente está ligado a características como porosidade, permeabilidade

e compressibilidade. A obtenção desse coe�ciente é feita segundo a seguinte equação

(NBR 12007, 1991 [2]):

cv =0, 197(0, 5H50)

2

t50(2.5)

Sendo,

17

Figura 2.10: Método Pacheco Silva (MARTINS, 2016 [20])

cv - Coe�ciente de adensamento (cm/s)

H50 - Altura do corpo de prova relativa a 50% do recalque (cm) (pode ser obtida

pela média da altura do corpo de prova 0% adensado e 100% adensado)

t50 - Tempo decorrente de 50% do adensamento primário (s)

A permeabilidade vertical kv do solo pode ser determinada através da sua relação

com cv demonstrada abaixo (PINTO, 2006 [22]).

cv =k(1 + e)

av × γw(2.6)

Sendo,

k - Permeabilidade vertical do solo (cm/s)

e - Indice de vazios

av - Coe�ciente de compressibilidade

γw - Peso especí�co da água (10 kN/m3)

Para isso, é necessário também o conhecimento do coe�ciente de compressibili-

dade (av). Ele é obtido através do grá�co índice de vazios × tensão vertical efetiva

18

(Figura 2.11) gerado a partir do ensaio de adensamento.

Figura 2.11: Grá�co utilizado para obtenção do coe�ciente de compressibilidade

(FREITAS, 2016 [14])

O coe�ciente de compressibilidade é de�nido pela equação 2.7.

av = − ∆e

∆σ′v(2.7)

Sendo,

e - Índice de vazios

σ‘v - Tensão vertical efetiva (kN/m2)

O coe�ciente de compressibilidade também pode ser obtido através da relação

com outros parâmetros como mostrado na Figura 2.12, onde σ̄′v representa a tensão

vertical efetiva média no intervalo.

19

Figura 2.12: Relação entre os parâmetros de compressibilidade na compressão con-

�nada (LAMBE e WHITMAN, 1969 [18])

Sendo,

M (ou Eoed) - Módulo de con�namento

mv - Coe�ciente de variação volumétrica

av - Coe�ciente de compressibilidade

Cc - índice de compressão

2.2.2 Ensaios de campo

Os ensaios realizados em campo têm a vantagem de ter rápidos resultado e

aplicação e reprodução fácil das condições originais de campo. Alguns parâmetros

como poropressão e estatigra�a do local também são exclusivamente determinados

por eles.

2.2.2.1 Ensaio CPTu

O ensaio Cone Penetration Test (CPT) ou ensaio de penetração estática con-

siste na penetração de um cone no solo, verticalmente, na velocidade uniforme de 2

cm/s. O instrumento, chamado de piezocone, possui uma ponteira cônica com uma

abertura de 60o e seção transversal de 19cm2.

Em solos argilosos são necessários ensaios CPTu que fornecem dados que o en-

20

saio CPT fornece, resistência de ponta (qc) e atrito lateral (fs), além de dados dos

excessos de poropressão gerados. São gerados dados detalhados pois as medidas

são feitas nos intervalos de 1cm. Medidas as quais são obtidas através de sensores

elétricos já instalados no piezocone ou cone elétrico.

Com esse ensaio é possível gerar um per�l estratigrá�co relacionando proprie-

dades de diferentes solos, diferenciar penetração drenada e não drenada, estimar

parâmetros geotécnicos e propriedades do terreno, e métodos diretos de cálculo.

As medições são feitas através de diferentes partes do instrumento, a poropres-

são é medida por dois elementos porosos ao longo do cone com o objetivo de avaliar

a in�uência da distância do transdutor de poropressão na base do cone, ou pre-

venção caso haja mau funcionamento de um dos transdutores. O piezocone e seus

transdutores de poropressão estão ilustrados na Figura 2.13.

Figura 2.13: Esquema de sensores de um piezocone (ALMEIDA e MARQUES, 2010

[5])

São obtidas leituras do transdutor na base do cone, chamada u1, e do outro

transdutor, chamada u2. A diferença dessas duas leituras se dá pelo maior efeito da

21

tensão normal em u1 enquanto em u2 é predominante o efeito da tensão cisalhante.

Logo as leituras de u2 podem ser leituras de poropressões negativas. O ensaio

CPTu faz a correção da resistência de ponta em função da poropressão medida e

da área corrigida. Essa correção é necessária por causa da diferença da atuação

da poropressão em diferentes áreas da geometria do cone. A correção obedece a

equação 2.8.

qt = qc + u2 × (1− a) (2.8)

Sendo,

qt - Resistência de ponta medida durante o ensaio

qc - Resistência de ponta corrigida

a - Relação entre as áreas do cone (An/At) representada na Figura 2.14

Figura 2.14: Esquema de áreas um piezocone usadas para correção da resistência de

ponta (ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5])

22

2.2.2.1.1 Coe�ciente de Adensamento Horizontal

A obtenção do coe�ciente de adensamento horizontal pode ser feita pelo ensaio

de dissipação durante o ensaio CPTu. É necessário que se realize o ensaio até que

dissipe a pelo menos 50% da poropressão para se estimar esse coe�ciente. Logo, é

obtida com acurácia o valor da progressão durante o ensaio. O método HOULSBY

e TEH (1989) [27] é dado por:

ch =R2T ∗

√Ir

t(2.9)

Sendo,

ch - Coe�ciente de adensamento horizontal

R - Raio do piezocone

T ∗ - Fator tempo

Ir - Índice de rigidez (G/Su)

G - Módulo de cisalhamento

t - Tempo de dissipação

A Figura 2.15 contêm as correlações entre as porcentagens de adensamento de

acordo as progressões foram obtidas segundo HOULSBY e TEH (1989) [27].

Figura 2.15: Fator tempo T ∗ (HOULSBY e TEH (1989) [27])

2.2.2.2 Ensaio de Palheta

O ensaio de palheta é realizado para obtenção da resistência não drenada (Su) do

solo in situ. Nele, uma palheta de seção cruciforme é inserida no solo na profundidade

23

desejada, de modo a provocar o mínimo de perturbação na estrutura do mesmo. Na

Figura 2.16 está ilustrado o instrumento e suas dimensões.

Figura 2.16: Resumo das dimensões mais comumente usadas no ensaio de palheta

(CHANDLER, 1988 [10])

Nesse ensaio, quando realizado em argila rija de resistência não drenada acima

de 50 kPa, é admitido o uso de palheta de altura de 100mm e diâmetro de 50mm.

A resistência é medida durante a rotação da palheta. Essa medida é feita, primei-

ramente, no solo em sua estrutura original e depois com o mesmo já amolgado.

Esse ensaio é aplicado em solos argilosos moles ou rijos saturados, o que permite

a obtenção da resistência em condições de drenagem impedida. O equipamento

pode ser inserido no solo de 4 diferentes formas, que tem objetivo de minimizar o

amolgamento do solo antes do início do ensaio como mostrado na Figura 2.17.

24

Figura 2.17: Resumo dos tipos mais comumente usados no ensaio de palheta (FU-

TAI, 2018 [15])

25

Para o cálculo da resistência não drenada (Su) são consideradas 5 hipóteses:

� Não há nenhuma drenagem durante o ensaio;

� Isotropia e homogeneidade do solo;

� Superfície de ruptura cilíndrica;

� Diâmetro de cisalhamento D;

� Inexistência de ruptura progressiva.

O ensaio ocorre cravando a palheta na profundidade do solo desejada 0,5 metro

a frente da sapata de proteção sem rodá-la (NBR10905, 1989 [1]). Depois, a unidade

de torque e medição é selecionada e os instrumentos são zerados. A palheta então

deve rotacionar numa velocidade de 6±0, 6 graus por minuto, permitindo a medição

de torque aplicado às hastes. O tempo decorrido entre a cravação da palheta e o

início do ensaio não deve ultrapassar de 5 minutos. Durante o ensaio são desejadas

leituras de 2 em 2 graus para a construção da curva torque × rotação. Após a

determinação do torque máximo aplicam-se 10 revoluções completas na palheta e

então é refeito o ensaio para obtenção da resistência amolgada. O intervalo máximo

para o término do primeiro ensaio e o começo do segundo é de 5 minutos. O resultado

do ensaio deve ser similar ao formato do resultado do exemplo da Figura 2.18.

Figura 2.18: Exemplo de resultado de ensaio de palheta (DANZIGER, 2015 [11])

26

O resultado do ensaio é relação de tempo com µ. Para obter a rotação, é mul-

tiplicado o tempo pela velocidade e µ pela constante de calibração do equipamento

para obter o torque. A resistência não drenada é calculada através das equações

abaixo para a amostra:

Su =0, 86× Tπ ×D3

(2.10)

Sendo,

T - Torque relativo a resistência que se deseja obter, da amostra indeformada ou

amolgada

D - Diâmetro da palheta

E a sensibilidade do solo pela razão entre a resistência da argila indeformada e

da amolgada, como mostrado abaixo.

St =SuindeformadaSuamolgada

(2.11)

Para a aproximação do resultado deste ensaio com reais rupturas ocorridas, é uti-

lizado um fator de correção para o uso em análise de estabilidade de aterros sobre

solos moles (µ) fazendo a correlação abaixo (BJERRUM, 1973 [7]).

Sucampo = µ× Suensaio (2.12)

Sendo,

µ - Fator de Bjerrum

Esse fator pode ser obtido através do grá�co da Figura 2.19.

27

Figura 2.19: Correlação do fator de correção µ com o índice de plasticidade da argila

(BJERRUM, 1973 [7])

2.2.2.3 Standard Penetration Test

O Standard Penetration Test (SPT) é um método rotineiro e econômico de in-

vestigação geotécnica. Ele fornece índices de resistência a penetração conjugada a

uma sondagem de simples reconhecimento, obtendo-se nível d'água e determinação

de tipos de solo.

O ensaio é feito de acordo com a norma (NBR6484, 1997 [3]). São coletadas

amostras de solo a cada metro de profundidade por meio de amostrador padrão de

diâmetro externo de 50mm. No ensaio é usado um peso de 65kg que é colocado

para cair de uma altura de 750mm em relação à superfície do solo, para cravar o

amostrador no fundo da escavação. O Nspt é o número de golpes necessários para a

cravação do amostrador 300mm após ter uma cravação inicial de 150mm.

O avanço é feito a trado e quando é alcançada a profundidade do nível d'água

o avanço continua com o auxílio do trépano de lavagem. Para o caso de solos mo-

les o Nspt não é representativo quando o número de golpes está entre 0 e 5, mas

mesmo assim o ensaio permanece e�ciente para o reconhecimento da estratigra�a

local (SCHNAID e ODEBRECHT, 2012 [26]). O ensaio SPT pode ser usado tam-

bém para obtenção de amostras deformadas para ensaios como de determinação de

umidade e para encontrar os limites de Atterberg.

28

2.3 Instrumentação Geotécnica

A instrumentação tem parte importante no monitoramento da obra e na veri�ca-

ção das premissas de projeto. Ela auxilia no planejamento da obra e nas veri�cações

de segurança (ALMEIDA e MARQUES, 2010 [5]). Há dois tipos básicos de instru-

mentação (ROZA, 2012 [25]). Primeiro, para obtenção de características do solo ou

rocha, associado a medições in situ, que são utilizadas durante a elaboração do pro-

jeto. São informações como permeabilidade e compressibilidade. Segundo, são as

instrumentações com �ns de monitoramento do comportamento, durante a constru-

ção e operação do empreendimento. Elas fornecem dados como poropressão, tensões

totais, deformações, entre outros.

2.3.1 Marcos super�ciais

Os marcos super�ciais são utilizados para o monitoramento dos deslocamentos

verticais. Eles são pinos metálicos (Figura 2.20) instalados em blocos de concreto

de dimensões relativamente pequenas mas su�ciente para ser válido considerar a

posição do marco �xa na superfície (ROZA, 2012 [25]). A equipe de topogra�a �ca

responsável pela leitura periódica da cota de cada marco para acompanhamento do

recalque.

29

Figura 2.20: Esquema de posicionamento e detalhes de marco

2.3.2 Placa de Recalque

As placas de recalque são utilizadas para monitorar o deslocamento vertical de

uma superfície que recebe uma grande sobrecarga, como, por exemplo, para execução

de grandes aterros. Elas são placas com hastes ligadas ortogonalmente no centro da

sua superfície. A placa �ca horizontalmente assente na superfície da camada que

recebe a sobrecarga, como demonstrado na Figura 2.21.

A instalação da placa de recalque é feita antes de ser iniciada a subida do aterro

na superfície cujas informações de cota são desejadas. A medida é feita através de

acompanhamento de medidas topográ�cas da cota do topo da haste, descontando

o comprimento da mesma. A haste pode ser prolongada à medida que o aterro é

alteado.

Para não gerar dados não con�áveis pelo con�namento lateral da haste de metal,

um tubo é instalado ao redor da haste, geralmente de PVC.

30

Figura 2.21: Esquema de posicionamento e detalhes de placa de recalque

2.3.3 Per�lômetro

O per�lômetro é um instrumento que faz medições de deslocamento vertical

contínuas (GEOKON, 2011 [16]). A instalação é feita por meio de um tubo de

acesso (de ferro galvanizado ou PVC/PEAD) em uma trincheira de areia na base do

futuro aterro, como ilustrado na Figura 2.22. O tubo deve ter uma corda guia para

puxar o sensor do instrumento.

Figura 2.22: Esquema de posicionamento do per�lômetro

31

2.3.4 Extensômetro magnético (aranha magnética)

Os extensômetros têm como objetivo a obtenção de dados de deslocamentos ver-

ticais no ponto do solo em que estão instalados. Existem dois tipos de extensômetro:

de sonda e de haste. Extensores de sonda incluem magnéticos, SONDEX e corda

vibrante. Na obra em questão, são utilizados os magnéticos, com a colocação de 3

aranhas/âncoras magnéticas por furo. O dado obtido durante a medição, é a pro-

fundidade de cada uma dessas aranhas/âncoras por meio de sonda, ligada a uma

�ta graduada, que emite som, ou sinal de luz, assim que passa por elas.

2.3.5 Inclinômetro

O inclinômetro é um instrumento composto de um tubo guia que deve ser �xado

em uma camada de solo competente (rocha ou areia fortemente compactada), um

torpedo e uma unidade de leitura (Figura 2.23). Esse instrumento consegue obter

dados de deslocamento horizontail e, desse modo, também permite identi�car a

profundidade da superfície de ruptura de um talude. Esse equipamento permite

a obtenção do deslocamento de duas direções ortogonais no mesmo furo, através

de leituras de meio em meio metro. Sendo a direção A+ geralmente posicionada

para direção com maior tendência de ruptura. É um instrumento adequado ao

monitoramento a longo prazo

2.3.6 Piezômetro elétrico de corda vibrante

O piezômetro elétrico de corda vibrante é um instrumento de medição de po-

ropressão por meio de uma unidade de leitura portátil ou um datalogger. Esse

instrumento é amplamente utilizado pela vantagem da obtenção de dados de forma

imediata das variações de poropressão em solos com muita baixa permeabilidade

(ROZA, 2012 [25]).

32

Figura 2.23: Esquema de posicionamento e cálculo de deslocamento horizontal de

inclinômetro (COMMETRO, 2017 [13])

2.3.7 Piezômetro de Casagrande

O Piezômetro de Casagrande, também chamado de standpipe, é um piezômetro

de tubo aberto (Figura 2.24). Ele é constituído de um bulbo instalado no local

de medição da carga de pressão e de um tubo que liga o bulbo até o local onde

será feita leitura. A parte do tubo do bulbo é revestida por material drenante, que

serve também como �ltro para não permitir a entrada de partículas de solo, e tem

furos no tubo para a entrada de água. Sobre essa camada, o tubo é revestido de

material bentonítico de modo a garantir a impermeabilidade do trecho. Através de

um torpedo, utilizado para medir a profundidade em que está o nível d'água do

tubo, se obtém o dado da cota piezométrica, que é a carga hidráulica no ponto a

partir do nível do mar.

33

Figura 2.24: Esquema de montagem do piezômetro de Casagrande

2.4 Modelagens numéricas

A modelagem numérica utilizada neste trabalho é feita através do Método dos

Elementos Finitos (MEF). Esse método havia sido desenvolvido originalmente para

execução de modelos estruturais e hoje em dia é usado amplamente para �ns de

projetos geotécnicos (ARAUJO, 2004 [6]).

A análise pelo MEF fornece uma solução de maior complexidade pois minimiza

as hipóteses simpli�cadoras das soluções analíticas. No presente trabalho será usado

o programa PLAXIS 2017 com análise bidimensional (2D). Desse modo tendo uma

melhor avaliação do comportamento do solo ao passar do tempo.

O PLAXIS 2D permite a implantação de diversas condições de contorno no

modelo, admitindo também a adoção de várias etapas da fase construtiva. Ele tem

a possibilidade de trabalhar com estado plano de deformação ou axissimétricas,

sendo especialmente desenvolvido para engenharia geotécnica.

34

O programa utiliza uma malha de elementos �nitos de 6 a 15 nós de elementos

triangulares, podendo ser re�nada ao todo ou em áreas especí�cas (cluster). Ele

permite estipular o tipo de análise efetuada, geometria do problema, condições de

contorno, nível d'água e modelos constitutivos dos diferentes materiais, de acordo

com as estruturas, camadas de solo e interfaces.

O PLAXIS permite a criação de estágio de carregamento correspondente às fases

construtivas, podendo ser feitas fases com período de adensamento. Ele também

realiza a atualização da malha de acordo com as deformações da geometria, gerando

novos valores de poropressão, fator recomendado para situações com previsão de

ocorrência de grandes deformações, em solos compressíveis.

Os dados obtidos ao �nal da simulação são relativos a pontos contidos na geo-

metria do aterro, os dados são referentes a variações de deslocamento, poropressão

e tensão atuante durante a construção do aterro. Eles são gerados em forma de

tabelas ou grá�cos.

O programa é dividido em 4 sub-programas: Input, Calculation, Output e Cur-

ves. Os quatro serão brevemente apresentados adiante.

2.4.1 Input

É a parte inicial do programa onde é feito o pré-processamento dos dados de

entrada usados no problema. Nele, são colocados dados de geometria da seção,

elementos como geodrenos, além dos parâmetros de cada solo usado no modelo,

modelo de comportamento do solo e condições de fronteira para de�nir a malha de

estudo.

Nessa fase é possível escolher o re�namento da malha sabendo que quanto mais

re�nada, melhor a análise será, o processamento, porém, é mais demorado. Podemos

também de�nir o tipo de processamento para o estado plano de tensões ou defor-

mações ou uma análise axissimétrica. Nele, são também geradas as tensões iniciais

do solo e inserido o nível d'água. Assim, são geradas nele as poropressões iniciais

do solo.

35

Detalhes do input utilizado no caso estudado serão apresentados no capítulo

seguinte.

2.4.2 Calculation

Nessa sub-rotina do programa são escolhidos os tipos de cálculos que serão rea-

lizados em função da análise que será feita. O PLAXIS possui 3 tipos de cálculo:

� Plástico: usado nas análises de deformações elasto-plásticas em que não é

necessário incluir os efeitos das deformações excessivas;

� Adensamento: usado quando se deseja analisar o desenvolvimento e dissipação

dos excessos de poropressão em solos saturados ao longo do tempo;

� Malha atualizada: esse tipo de cálculo é menos robusto que o caso plástico,

porém a análise é mais demorada. Assim, é usado somente em casos especí�cos

em que a deformação esperada tenha grande efeito na geometria do problema.

No caso estudado, serão utilizados o cálculo de adensamento em fases de cons-

trução e cálculo de adensamento em fases posteriores a subida de uma parte do

aterro.

O caso estudado não é adequado ao uso de K0 na fase inicial, pois não se trata de

um carregamento homogêneo nas camadas de solo, formando assim anisotropia das

tensões. Assim, é necessário utilizar gravity load para o cálculo das tensões iniciais

existentes no solo do primeiro aterro já construído.

2.4.3 Output

Com os cálculos feitos, a sub-rotina Output mostra gra�camente os resultados

da sub-rotina anterior. Os resultados obtidos são listados nas sub-seções a seguir.

2.4.3.1 Deslocamento e deformações

� Malha deformada;

36

� Deslocamentos totais;

� Deslocamentos horizontais;

� Deslocamentos verticais;

� Incrementos totais;

� Incrementos horizontais;

� Incrementos verticais;

� Deformações totais ;

� Incrementos de informações.

2.4.3.2 Tensões

� Tensões totais;

� Tensões efetivas;

� OCR;

� Pontos de plasti�cação;

� Poropressões ativas;

� Excesso de poropressão;

� Carga hidráulica;

� Linha de �uxo;

� Rede de �uxo.

37

2.4.4 Curves

Para obter os resultados dessa sub-rotina, primeiro deve ser estipulado em Calcu-

lation pontos determinados. No Curves são mostrados por meio de grá�cos e tabelas

as relações entre tempo × deslocamentos e tensões × deformações, por exemplo.

Deve-se atentar que os pontos onde são medidos os deslocamentos são os pontos

nodais, e os pontos onde são medidas as deformações são os pontos de Gauss (ROZA,

2012 [25]).

2.5 Modelos constitutivos

Na fase de Input os parâmetros requisitados dependem dos modelos constitu-

tivos que foram escolhidos para cada um deles. O PLAXIS possui cinco tipos de

relações tensão-deformação: elástico-linear, o modelo de Mohr-Coulomb, o modelo

Hardening Soil, o modelo Soft Soil e o modelo Soft Soil Creep.

2.5.1 Modelo constitutivo para solos moles

Para simular o comportamento de solos moles é usado o modelo constitutivo

de Soft Soil (comportamento dependente do tempo), que abrange o processo de

adensamento primário e de recalques por compressão secundária.

A compressão secundária será considerada como um percentual da compressão

primária, logo, ela será calculada para longos períodos (10 a 30 anos) e em que tenha

um grande recalque primário. Isso costuma ocorrer no recalque de grandes sapatas

e aterros, depois de alguns anos. Nesses casos é aconselhável calcular o creep pelo

método de elementos �nitos pelo computador.

2.5.1.1 Hardening soil

O modelo Hardening Soil é um modelo mais avançado que o Mohr Coulomb.

Ele demanda parâmetros de módulo de elasticidade na compressão triaxial (E), o

38

módulo de elasticidade na descompressão triaxial (Eur) e o módulo de elasticidade

na compressão oedométrica (Eoed). Desse modo, pode-se ter uma abordagem de

rigidez do sistema bem mais precisa. Ao contrário do modelo de Mohr Coulomb, o

Hardening Soil admite variação de rigidez com a variação do estado de tensões no

solo. Ele será usado nesse trabalho para modelagem da camada mais profunda de

areia, do aterro, das bermas e das areias de substituição. Os três módulos de rigidez

desse modelo são referentes a uma pressão de referência (pref ). A seguir são citadas

características do modelo:

� Descarregamento/ carregamento elástico;

� Deformações plásticas devido a um carregamento desviatório primário;

� Ruptura de acordo com o critério de Mohr-Coulomb;

� Deformações plásticas devido a compressão primária;

� Rigidez do solo depende de uma lei de potência.

No grá�co da Figura 2.25 é ilustrada a relação entre tensão × deformação desse

modelo.

Figura 2.25: Relação hiperbólica entre deformação e tensão do modelo Hardening-

soil (ARAUJO, 2004 [6]

Sendo,

39

qa - Resistência ao cisalhamento assíntota à curva tensão x deformação

qf - Valor real da resistência ao cisalhamento

E50 - Módulo de elasticidade dependente da tensão con�nante para o carregamento

primário, dado pela equação 2.13.

E50 = Eref50

((c× cot (ϕ))− σ′3

)((c× cot (ϕ))− pref )m

(2.13)

Eref50 - Módulo de elasticidade correspondente a pressão de referência con�nante

c - Coesão efetiva do solo

ϕ - Ângulo de atrito do solo

σ′3 - Tensão horizontal

pref - Pressão de referência para rigidez (kN/m3)

Eur - Módulo de elasticidade para descarregamento e carregamento, correspondente

a uma pressão de referência pref . Dado pela equação 2.14.

Eur = Erefur

((c× cot (ϕ))− σ3)(c× cot (ϕ))− pref

(2.14)

σ3 - Tensão con�nante do ensaio triaxial

O próprio manual do programa recomenda, para muitos casos práticos, utilizar

Eur igual a 3 vezes E50.

Os parâmetros necessários para o modelo Hardening soil são:

� Coesão do solo (c);

� Ângulo de atrito do solo (ϕ);

� Módulo de elasticidade secante no ensaio triaxial drenado (Eref50 );

� Módulo de elasticidade tangente para o carregamento primário edométrico

(Erefoed );

� Potência para a dependência nível de tensões x rigidez (m);

� Módulo de elasticidade ao carregamento/descarregamento (Eur);

� Coe�ciente de Poisson no descarregamento/recarregamento (νur);

40

� Pressão de referência para o módulo (pref );

� K0 do solo normalmente adensado (Knc0 );

� Razão de ruptura (Rf = qf/qa);

� Tensão de resistência a tração (σtension);

� Incremento de coesão com profundidade (cincrement).

O módulo de rigidez tangente na compressão unidimensional (Eoed) também é

calculado neste modelo constitutivo, embora não esteja representado na Figura 2.25.

Ele é de�nido pela equação 2.15.

Eoed = Erefoed

((c× cot (ϕ))− σ′3

)((c× cot (ϕ))− pref )

(2.15)

Logo, Erefoed é um módulo de rigidez para uma tensão vertical σ

′1 = pref . Ele está

representado na Figura 2.26.

Figura 2.26: Relação grá�ca de Erefoed para ensaios edométricos (ARAUJO, 2004 [6])

2.5.1.2 Soft soil

O Soft Soil é baseado no modelo Cam-Clay, desenvolvido para simular solos

altamente compressíveis como argilas. Ele é caracterizado por:

41

� Ruptura segundo o critério Mohr-Coulomb;

� Diferenciação entre carregamento primário e descarregamento-recarregamento;

� Capacidade de levar em conta a história de tensões;

� Rigidez dependente do nível de tensões.

Esse modelo estipula uma relação logarítmica mostrada abaixo, relacionando a

tensão média efetiva p′ e a deformação volumétrica Σv, que pode ser formulada como

sendo para a compressão primária.

Σv − Σv0 = −λ∗(ln

(p′

p′0

))(2.16)

Sendo,

λ∗ - Índice de compressão modi�cado

Σv e Σv0 - Deformações volumétricas nos pontos do grá�co relativos respectivamente

a p′e p

′0

p′e p

′0 - Tensões médias efetivas em dois diferentes pontos do grá�co

O grá�co citado é o representado na Figura 2.27.

Figura 2.27: Relação tensão-deformação usada no modelo Soft-Soil (ARAUJO, 2004

[6])

Pode-se notar que o parâmetro λ∗ é diferente do λ do modelo Cam-Clay pois

ele relaciona Σv com p′. A equação 2.17 serviria pra simular uma possível fase de

42

descarregamento-recarregamento.

Σv − Σv0 = −κ∗ × ln(p′

p′0

)(2.17)

Sendo,

κ∗ - Índice de expansão modi�cado (expressa o comportamento do material durante

um descarregamento, seguido de um recarregamento)

Durante a fase descarregamente-recarregamento do solo, é assumido que que ele

se comporta como sendo elástico, de acordo com a lei de Hooke. Logo, há uma

dependência linear do módulo de deformação volumétrica com nível de tensões:

κur =Eur

3(1− 2νur)=p′

κ∗(2.18)

Sendo,

κ∗ e λ∗ - Parâmetros obtidos através de ensaios oedométricos

Eur - Módulo de elasticidade no descarregamento/recarregamento

νur - Coe�ciente de Poisson no descarregamento/recarregamento

Os parâmetros κ∗ e λ∗ podem ser obtidos através de correlações com os parâme-

tros do modelo Cam-Clay e, por conseguinte, por resultados do ensaio edométrico,

Cc e Cr, através das expressões abaixo.

κ∗ =κ

1 + e=

Cr

2, 3(1 + e0)(2.19)

λ∗ =λ

1 + e=

Cc

2, 3(1 + e0)(2.20)

Sendo,

e0 - Índice de vazios inicial do solo

Os parâmetros necessários para o modelo Soft Soil são:

� c -Coesão do solo;

� ϕ - Ângulo de atrito do solo;

43

� ψ - Dilatância do solo em graus;

� λ∗ - Índice de compressão modi�cado;

� κ∗ - Índice de expansão modi�cado;

� νur - Coe�ciente de Poisson no descarregamento/recarregamento;

� Knc0 - Coe�ciente de empuxo para solos normalmente adensado;

� M - Parâmetro Knc0 .

O valor de M representa a inclinação da linha dos estados críticos do modelo

Cam-Clay. Ele não pode ter seu valor diretamente colocado no programa, pois o

mesmo é calculado através da relação da equação 2.21 (BRINKGRECE, 2014 [9]).

M = 3

√(1− knc0 )2

(1 + 2knc0 )2+

(1− knc0 )(1− 2νur)(λ∗

κ∗− 1)

(1 + 2knc0 )(1− 2νur)λ∗

κ∗− (1− knc0 )(1 + νur)

(2.21)

Sendo,

knc0 - Coe�ciente de empuxo para solos normalmente adensado

νur - Coe�ciente de Poisson

κ∗ e λ∗ - Parâmetros do modo Cam-Clay modi�cado

O modelo do Soft Soil será usado para modelar as camadas de argila que estão

abaixo do aterro.

44

Capítulo 3

A Obra Estudada

No presente trabalho foi abordada a comparação de valores de recalque entre o

resultado de análise numérica e dados coletados em campo pelo monitoramento. A

solução que será abordada para a seção 18+880 abrange o trecho 18+860 a 19+000.

Já os dados de monitoramento e os parâmetros dos solos e dos materiais utilizados

no modelo foram baseadas em dados apresentados no projeto para a seção 18+880.

Neste capítulo estão apresentados os dados que foram disponibilizados da obra entre

os km 18+340 e o km 22+280, de resultados de ensaios de investigação geotécnica,

soluções adotadas em outras partes desse trecho e um levantamento da instrumen-

tação instalada. Após essa visão geral, foram elucidadas com maiores detalhes as

informações relativas a seção 18+880.

3.1 Investigações Geotécnicas

O levantamento das investigações geotécnicas realizadas foi referenciado do tra-

balho de conclusão de curso de BOUCH, 2017 [8]. Essse mesmo autor trabalhou

com uma outra seção da mesma obra estudada no presente trabalho e, portanto

esse trabalho compartilha dos mesmos dados. Esses dados estão apresentados nas

Tabelas 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 e 3.5.

45

3.1.1 Sondagens e ensaios SPT

Na Tabela 3.1 foi apresentado um resumo das sondagens e ensaios SPT realizados

ao longo de todo o trecho da obra trabalhado (BOUCH, 2017 [8]).

Devido a grande extensão da obra, só a sondagem realizada na seção 18+800

será apresentada pois é a mais próxima da seção 18+880, a apenas 80 quilômetros

de distância. A sondagem é apresentada nas Figuras 3.1, 3.2 e 3.3.

46

Tabela 3.1: Resumos das sondagens (BOUCH, 2017 [8])Sondagem Aterros existentes Solos Moles NA

km Espessura (m) NSPT Espessura (m) NSPT Prof. (m)

18+421 2 18 0 - 5,9

18+425 0 - 3 P - 1 0,9

18+452 9 1-33 0 - 6,1

18+465 10 1-38 0 - 6,9

18+465 0 - 3 P 0,8

18+740 9 1-44 2 5 5

18+740 4,8 1-15 1,2 2 2

18+740 1 2 7 1/50 - 3 2,5

18+748 15 5-31 0 - 7,8

18+770 10 4-36 0 - 1,8

18+770 2 1-5 4 1/40 - 2 2,1

18+770 1 2 5 1-2 2,1

18+782 10,5 11-44 0 - 7,8

18+800 2 3 5 1/45 - 4 2,3

18+803 15,3 4-37 0 - 7,6

18+970 3 7-12 6 1/40 - 4 2,45

19+170 0 - 3 1/40 - 1 0,95

19+170 0 - 4 P - 2 0

19+220 0 - 4,1 P - 2 0

19+270 1,1 1 1,9 1 1,2

19+270 0 - 3 P - 2 0

19+320 0 - 5,4 P - 1 0

19+360 4 10-39 3 2 2,1

19+360 0 - 5 P - 1/20 0

19+400 0 - 5 P - 1 0

19+440 0 - 3 P - 1 0

19+560 2 6-31 2 1 1,95

19+760 3 2-14 2 2 2,2

19+960 3 28-34 3 2-3 2,3

20+160 0 - 6 1-2 0,3

20+260 0 - 7 P - 3 0,42

20+560 1 2 4 1/40 - 2 1,56

20+860 1 ,6 1/40 5,4 1/40 - 4 1,73

21+160 1,2 1/25 5,8 1/40 - 3 1,94

21+460 1,9 1 6,1 1-4 2

21+760 1,7 1 5,3 1/45 - 3 1,9

22+060 0,3 - 4,7 P - 2 0,93

22+260 1,7 1-2 3,3 2-4 1,86

47

Figura 3.1: Sondagem na seção 18+800 até 9,0 m de profundidade

48

Figura 3.2: Sondagem na seção 18+800 de 9,0 m até 27,0 m de profundidade

49

Figura 3.3: Sondagem na seção 18+800 de 27,0 m até 30,45 m de profundidade

50

Pode ser observada na Figura 3.1 a espessura de 5,0 metros da camada de argila.

Oferecendo então, uma ordem de grandeza da espessura dessa camada nas proximi-

dades. Esse ensaio, combinado a outros, pode ser usado para estimar a espessura

da camada de argila da seção 18+880, de interesse para o presente trabalho.

3.1.2 CPTu

Na Tabela 3.2 estão presentes os resultados de coe�cientes de adensamento ho-

rizontal (ch) obtidos a partir do ensaio CPTu realizados em diferentes seções e dife-

rentes profundidades. Esses resultados são decorrentes dos 14 ensaios realizados.

Tabela 3.2: Resumo dos ensaios CPTU (BOUCH, 2017 [8])

CPTU km Profundidade (m)ch

Obs.cm2/s m2/ano

2 18+740 2,3 9,4 x 10−3 29,6

3 18+7702,01 3,9 x 10−3 12,3

4,11 2,8 x 10−2 88,3

4 18+840

2,03 3,2 x 10−3 10,1

4 4,1 x 10−3 12,9

6,54 1,8 x 10−1 567,7 Areia argilosa

5 18+920

2,01 6,4 x 10−3 20,2

4,05 1,5 x 10−3 4,7

6,01 5,3 x 10−3 16,7

6 19+0002,02 3,7 x 10−2 116,7

4,26 8,6 x 10−2 271,2

7 19+0802,31 3,3 x 10−2 104,1

4,1 2,4 x 10−1 756,9

8 19+170 2,26 2,1 x 10−1 662,3

9 19+2702,15 1,6 x 10−1 504,6

4,08 1,9 x 100 5991,8 Areia argilosa

10 19+3602,16 3,9 x 10−2 123

4,31 1,8 x 10−1 567,6 Areia argilosa

11 19+4402,05 8,3 x 10−2 261,8

4,1 3,7 x 10−1 1166,8 Areia argilosa

12 19+5602,11 4,8 x 10−2 151,4

4,07 2,9 x 10−1 914,5 Areia argilosa

13 19+760 2,2 7,9 x 10−2 249,1

14 19+9602,02 1,3 x 10−1 410

4,27 2,1 x 100 6622,6 Areia argilosa

O ensaio CPTu da seção 18+840 também pode ser usado para obter uma es-

timativa ainda melhor das propriedades da espessura de solo mole. Por meio dos

51

valores de resistência de ponta e de atrito lateral indicados na Figura 3.4 pode ser

observado um aumento da rigidez das camadas que se aproximam da profundidade

de 6,0 metros.

Figura 3.4: Resultado do ensaio de CPTu da seção 18+840

3.1.3 Ensaio de Palheta

Os ensaios de palheta (ou Vane Test), como explicado no item 2.2.2.2, podem

gerar dados de resistência não-drenada do solo não amolgado (Su) ou amolgado

(Suamolgado) e sensibilidade do mesmo (S). Na Tabela 3.3 são apresentados esses

dados relativos aos ensaios realizados em 13 diferentes pontos da obra.

52

Tabela 3.3: Resumo dos Ensaios de Palheta (BOUCH, 2017 [8])VT km Prof. (m) Su indeformado (kPa) Su amolgado (kPa) Sensibilidade (S)

1 18+740

2,5 6,2 5,2 1,2

3,5 24,9 3,8 6,6

4,5 47,1 19,3 2,4

5,5 39,6 16,2 2,4

2 18+770

2,5 26,9 4,8 5,6

3,5 30,1 5,1 5,9

5,5 26,2 6,9 3,8

3 18+900

3,5 17,9 3,6 5

4,5 20,7 3,7 5,6

5,5 26,7 9,6 2,8

4 19+1002,5 13,8 2,6 5,3

4,5 38,4 12,6 3

5 19+3002,5 10,6 1,8 5,9

4,5 55,5 23,3 2,4

6 19+6003,5 18,5 6,4 2,9

4,5 21,2 9 2,4

7 20+0003,5 29,4 10,8 2,7

5,5 57 16 3,6

8 20+4002,5 25,6 6,2 4,1

4,5 70,3 17,3 4,1

9 20+6002,5 23,6 6,5 3,6

4,5 40,5 9,8 4,1

10 21+000

2,5 6,5 3,2 2

4,5 34,5 6,3 5,5

5,5 48,9 13,4 3,6

11 21+4002,5 17,4 3,5 5

4,5 34,5 11,6 3

12 21+800

2,5 13,6 2,7 5

3,5 21,2 5,9 3,6

4,5 23,5 8,1 2,9

13 22+2002,5 17,3 3,6 4,8

3,5 34,3 6,5 5,3

Foram também disponibilizadas algumas leituras de ensaio de palheta. Para �ns

de estimar melhor as propriedades de resistência que estão sendo usadas e analisar se

há compatibilidade com o resultado do ensaio. O ensaio de palheta nas proximidades

da seção 18+880 é relativo a seção 18+900 e os 3 ensaios nessa seção são mostrados

nas Figuras 3.5 e 3.6.

53

Figura 3.5: Resultado do ensaio de palheta da seção 18+900 1/2

Figura 3.6: Resultado do ensaio de palheta da seção 18+900 2/2

54

3.1.4 Ensaios de laboratório

Para a realização dos ensaios de laboratório foram coletadas 16 amostras indefor-

madas através de cravação de amostrador tipo Shelby com diâmetro de 4”. Foram

realizados os ensaios previamente explicados no item 2.2.1 e indicados abaixo:

� Granulometria;

� Densidade real das partículas;

� Determinação de índices físicos;

� Limites de Atterberg;

� Adensamento unidimensional;

� Compressão simples.

O resumo dos resultados desses ensaios são indicados nas Tabelas 3.4 e 3.5.

Tabela 3.4: Resumos dos ensaios de caracterização (BOUCH, 2017 [8])Amostra Shelby Índices Físicos Frações Granulométricas Limites de Atterberg

km Prof.(m) h(%) γn(g/cm3) e0 Argila(%) Silte(%) Areia(%) LL(%) LP(%) IP(%)

18+740 3,0 a 3,5 73,9 1,44 2,27 17,3 60,3 22,4 47 24 23

18+740 5,0 a 5,5 40,3 1,71 1,2 13,6 59,8 26,6 34 15 19

18+800 2,0 a 2,5 95,3 1,44 3,03 52,8 45,5 1,7 89 35 54

18+800 4,0 a 4,5 104,4 1,39 2,99 26,7 68,4 4,9 83 31 52

19+000 2,0 a 2,5 99,5 1,36 2,68 21,1 77,6 1,3 73 27 46

19+000 3,0 a 3,5 72,2 1,53 2,16 18,3 80,6 1,1 54 25 29

19+200 3,0 a 3,5 - - - 4,9 71,3 23,8 35 20 15

19+400 2,5 a 3,0 70,4 1,62 1,78 8,3 66,3 25,4 43 20 23

19+800 2,5 a 3,0 33,6 1,68 1,19 4,4 58,2 37,4 NL NP -

20+200 2,0 a 2,5 67,5 1,57 1,89 12,8 69,4 17,8 41 17 24

20+800 2,5 a 3,0 125 1,42 3,41 20 78,2 1,8 92 31 61

20+800 4,0 a 4,5 68,7 1,6 2,04 16,4 69,4 14,2 48 22 26

21+600 2,0 a 2,5 108 1,33 3,23 12,2 86,8 1 77 30 47

21+600 4,0 a 4,5 51,9 1,58 1,63 9,5 85,2 5,3 36 21 15

22+000 2,0 a 2,5 123,3 1,36 3,46 42 57,2 0,8 91 31 60

22+000 3,0 a 3,5 78,7 1,52 2,32 22,1 71,7 6,2 58 24 34

55

Tabela 3.5: Resumos dos ensaios de adensamento (BOUCH, 2017 [8])

Amostra shelbyσ′pa(kPa) Cr Cc OCR

cV

km Prof.(m) cm2/s m2/ano

18+740 3,0 a 3,5 60 0,15 1,17 2,14 1,7 x 10−4 0,54

18+740 5,0 a 5,5 44 0,05 0,41 - 2,8 x 10−3 8,83

18+800 2,0 a 2,5 76 0,21 1,49 2,87 5,8 x 10−5 0,18

18+800 4,0 a 4,5 41 0,2 1,34 1,06 1,5 x 10−4 0,47

19+000 2,0 a 2,5 30 0,15 1,28 1,13 8,1 x 10−5 0,26

19+000 3,0 a 3,5 28 0,06 0,72 - 7,2 x 10−4 2,27

19+200 3,0 a 3,5 - - - - - -

19+400 2,5 a 3,0 20 0,08 0,61 - 1,2 x 10−3 3,78

19+800 2,5 a 3,0 40 0,07 0,29 - 3,2 x 10−3 10,1

20+200 2,0 a 2,5 31 0,09 0,76 1,82 1,8 x 10−3 5,68

20+800 2,5 a 3,0 36 0,18 1,45 1,71 4,3 x 10−4 1,36

20+800 4,0 a 4,5 70 0,1 0,95 2,33 9,0 x 10−4 2,84

21+600 2,0 a 2,5 41 0,23 1,47 2,28 2,1 x 10−4 0,66

21+600 4,0 a 4,5 32 0,06 0,5 1,07 2,0 x 10−3 6,31

22+000 2,0 a 2,5 20 0,22 1,46 1,11 2,0 x 10−4 0,63

22+000 3,0 a 3,5 31 0,1 0,98 1,29 2,8 x 10−4 0,88

3.2 Soluções Empregadas

Devido a estratigra�a e requisitos do greide de projeto ao longo do trecho cons-

truído, as soluções adotadas para diferentes pontos variam. Elas visam acelerar os

recalques, objetivando a redução das deformações na ferrovia na fase operacional, e

melhorando assim a estabilidade do projeto. As soluções do projeto encontram-se

de forma resumida na Tabela 3.6.

56

Tabela 3.6: Soluções empregadas (BOUCH, 2017 [8])Trecho Soluções empregadas

18 + 340− 18 + 410 Sobrecarga e remoções de solos moles

18 + 410− 18 + 490 Sobrecarga, colunas de areia encamisadas, geogrelhas e bermas de equilíbrio

18 + 728− 18 + 860 Sobrecarga, colunas de areia encamisadas, geogrelhas e bermas de equilíbrio

18+860 - 19+000 Sobrecarga, drenos verticais �broquímicos, geogrelhas e bermas de equilíbrio

19 + 000− 19 + 440 Sobrecarga, drenos verticais �broquímicos e bermas de equilíbrio

19 + 440− 20 + 220 Sobrecarga e bermas de equilíbrio

20 + 220− 22 + 280 Sobrecarga e geogrelhas para pavimento e bermas de equilíbrio

3.3 Instrumentações Geotécnicas

O resumo da instrumentação que foi utilizada para acompanhar a obra e suas

respectivas localizações estão indicadas nas Tabelas 3.7, 3.8, 3.9, 3.10 e 3.11. As

colunas de �Afastamento (m)� são referentes ao afastamento do instrumento em

relação ao eixo da ferrovia.

Tabela 3.7: Localização dos Piezômetros de Casagrande (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Camada Profundidade(m) Quantidade

18+465 42 Areia sob argila mole 6,5 1

18+765 38 Areia sob argila mole 10 1





Total - - - 6

57

Tabela 3.8: Localização dos Piezômetros Elétricos (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Camada Profundidade(m) Quantidade

18+400 25 Areia de substituição 3,5 1

18+470 25 Entre colunas 4,5 - 6 - 7,5 3

18+750 25 Entre colunas 1,5 - 3 - 4,5 - 6 - 7,5 5

18+800 25 Entre colunas 1,5 - 3 - 4,5 - 6 4

18+880 25 Eixo 2,5 - 4 - 5,5 - 7 4

19+060 25 Eixo 2,5 - 4 - 5,5 - 7 4

19+340 42 Eixo 1,5 - 2,5 - 3,5 3

19+500 38 Eixo 2,8 - 3,8 - 4,8 3

19+600 38 Eixo 3,8 - 5 - 6,2 3

19+820 38 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3

20+120 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3

20+520 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3

20+920 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3

21+160 38 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3

21+560 33 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3

21+960 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3

21+060 14 Eixo 1,5 - 3 - 4,5 3

Total - - - 51

Tabela 3.9: Localização dos Inclinômetros (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Camada Profundidade(m) Quantidade

18+470 25 Pé do talude 12 1

18+480 25 Ao lado das fundações da ponte 12 1

18+492 25 Sobre bermas longitudinais 12 1

18+720 25 Sobre bermas longitudinais 25 1

18+725 25 Ao lado das fundações da ponte 25 1

18+750 25 Pé do talude 25 1

18+800 42 Pé do talude 20 1

18+880 38 Pé do talude 20 1

19+060 38 Pé do talude 15 1

19+340 38 Pé do talude 15 1

Total - - - 10

58

Tabela 3.10: Localização dos Marcos Super�ciais (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Quantidade

18+340 - 18+440 20 10

18+440 - 18+530 10 18

18+690 - 18+780 10 18

18+720 - 19+000 20 22

19+000 - 19+400 30 30

Total - 98

59

Tabela 3.11: Localização das Placas de Recalque (BOUCH, 2017 [8])km Afastamento(m) Local Quantidade

18+400

20 Bordo direito

325 Eixo

30 Bordo Esquerdo

18+470

20 Bordo direito

325 Eixo

30 Bordo Esquerdo

18+750

20 Bordo direito

325 Eixo

30 Bordo Esquerdo

18+800

20 Bordo direito

325 Eixo

30 Bordo Esquerdo

18+880

20 Bordo direito

325 Eixo

30 Bordo Esquerdo

19+060

20 Bordo direito

325 Eixo

30 Bordo Esquerdo

19+340

17 Bordo direito

322 Eixo

27 Bordo Esquerdo

19+500

10 Bordo direito

315 Eixo

20 Bordo Esquerdo

19+600

6 Bordo direito

311 Eixo

16 Bordo Esquerdo

19+8204 Bordo direito

29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo

20+120

4 Bordo direito

38 Eixo

12 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo


29 Bordo Esquerdo

Total - - 54

60

3.4 Seção Selecionada

A seção 18+880 foi a selecionada para a avaliação de desempenho através de

valores medidos pelo monitoramento em campo e previstos pela análise numérica

realizada com auxílio do PLAXIS. A solução de projeto utilizada na seção 18+880

está esquematizada nas Figuras 3.7 e 3.8.

Figura 3.7: Solução do aterro selecionado, seção 18+880

61

Figura 3.8: Solução do aterro selecionado, seção 18+880, em detalhe

62

As soluções para a estabilização e controle de recalque que foram utilizadas para

o aterro de duplicação da seção estudada foram:

� Colchão drenante;

� Drenos verticais (8 no total espaçados 2, 7m);

� Sobrecarga temporária (0, 60m de altura);

� Sobrealtura do aterro(0, 90m)

� Geogrelha transversal (sob o aterro novo);

� Berma de equilíbrio.

As instrumentações utilizadas para o monitoramento da seção foram:

� Marco super�cial (MS) (2 no total, localizados no aterro pré-existente);

� Placa de Recalque (PR) (3 no total, instaladas sob o aterro novo no bordo

esquerdo, direito e eixo da ferrovia);

� Inclinômetro (INC) (instalado na base do talude esquerdo do aterro novo);

� Per�lômetro (PF) (instalado abaixo do aterro novo);

� Extensômetro (XV) (instalados ao longo das camadas de argila abaixo do

aterro novo);

� Piezômetro Elétrico (PE) (instalados ao longo das camadas de argila abaixo

do aterro novo).

A construção do segundo aterro foi feita acima da berma, solução para estabi-

lidade do aterro pré-existente, e simultaneamente foi construída uma nova berma

para estabilidade do conjunto. A subida do aterro foi feita no total de 423 dias,

em 2 etapas. Nos primeiros 29 iniciou-se o monitoramento do terreno, nos 29 dias

seguidos foi adicionado 2, 00m de aterro e em 259 dias não houve adição expres-

siva. Após esse intervalo, foi adicionado 4, 7m de aterro em 37 dias e depois de 63

63

dias foi adicionado 0, 2m de aterro em 6 dias. No projeto é apontado um aterro

de sobrecarga de 0, 6m, mas no acompanhamento da cota do terreno em campo só

foi observada subida de cota de 0, 2m e não foi percebida diminuição da cota tão

expressiva em um curto período, supondo assim que as diminuições de cota de aterro

seriam devido ao recalque do próprio terreno e não por retirada de sobrecarga. As

alterações dessas cotas podem sem observadas no grá�co da Figura 3.9.

Figura 3.9: Grá�co de cota do aterro e progressão dos recalques pelo monitoramento

× Tempo

No grá�co da Figura 3.9 são apresentados também os valores de recalques obtidos

pelo monitoramento com o tempo. Nele foram indicados, através da mudança da

marcação de alguns pontos para triangulo com a borda vermelha, as leituras nas

quais foram feitas "zeragens". No caso de acompanhamento de recalques por placas

de recalque, eles são a diferença entre o valor atual da cota e o primeiro valor de cota

da ponta da haste da placa de recalque. No campo existem alguns fatores que podem

interferir nessa medição tornando a precisão do último valor de recalque calculado

64

duvidosa. Os fatores podem ser aumento de haste sem informação do comprimento

dessa adição, vandalismo, danos provocados na obra, podendo ser causados por

máquinas passando, e mudança de referencia de nível sem informar as diferenças

de cota da referência anterior para a nova. Esses fatores tem maiores chances de

aparecer no caso de obras de grandes dimensões, grande demanda de leituras da

instrumentação, e em ambientes onde não é possível fornecer restrições do acesso de

pessoas de fora a área da obra. Para evitar a imprecisão gerada por esses fatores, é

realizada a "zeragem"que é, no caso do monitoramento de placas de recalque, fazer

o cálculo do recalque desprezando o adicional de recalque entre a leitura atual e a

imediatamente anterior. Foi importante apontar as datas em que houve esse tipo

de prática para o cálculo do recalque, pois desse modo é possível ter uma avaliação

mais real da comparação com os dados obtidos pela análise numérica (seção 4.2).

65

Capítulo 4

Análise Numérica

Neste capítulo foi feita a comparação dos valores de recalque, medidos em campo

pelo monitoramento das placas de recalque, com os previstos por análise numérica,

gerados pelo modelo através do PLAXIS 2D. Esses resultados são relativos a seção

18+880, a qual foi apresentada no item 3.4. Na Figura 4.1 é esquematizado o modelo

que foi utilizado para a Análise 1 e serviu como base para os modelos da segunda e

terceira análises.

Figura 4.1: Modelo utilizado na Análise 1

4.1 Parâmetros Utilizados na Análise Numérica

Os parâmetros de�nidos para o uso na análise numérica foram brevemente abor-

dados no capítulo anterior. Eles foram de�nidos através das informações de projeto

disponibilizadas para a seção 18+880. As quatro camadas de argila mole foram

66

modeladas através do modelo Soft Soil como recomendado no item 2.5.1.2. Os pa-

râmetros relacionados a elas foram obtidos através de ensaios e estão apresentados

na Tabela 4.1.

Tabela 4.1: Parâmetros de Soft Soil utilizados na Análise 1Soft Soil Argila (A) Argila (B) Argila (C) Argila (D)

γd(kN/m3) 15,7 14,4 14,7 16,2

γsat(kN/m3) 15,7 14,4 14,7 16,2

kx (m/s) 5,56x10−9 2,31x10−9 1,97x10−9 1,85x10−9

ky (m/s) 2,78x10−9 1,16x10−9 9,95x10−10 9,38x10−10

Cc 0,76 1,49 1,34 0,5

Cs 0,09 0,21 0,2 0,06

e0 1,89 0,03 2,99 1,63

c′ref (kPa) 11 11 11 11

φ(°) 18 18 18 18

OCR 2 1,3 1,2 1,2

O peso especí�co, tanto seco (γd) quanto úmido (γn), e o índice de vazios

(e0) puderam ser determinados através de ensaios de caracterização descritos no

item 2.2.1.2. Para a determinação do peso especí�co saturado das camadas de ar-

gila foi estabelecido o mesmo valor do peso especí�co seco, pois utilizar esse valor

não representaria uma diferença expressiva nos recalques resultantes.

Para a determinação da permeabilidade vertical (κy) foram feitas na fase de pro-

jeto correlações a partir do coe�ciente de adensamento do solo (cv) e foi arbitrado no

projeto que seria considerada a permeabilidade horizontal como o dobro da vertical,

proporção de�nida em projeto. O coe�ciente de adensamento vertical do solo foi

obtido através de ensaios de adensamento no laboratório (item 2.2.1.3).

A partir dos ensaios de adensamento foram obtidos OCR, Cc e Cs, como mos-

trado no item 2.2.1.3. A amostra retirada para o ensaio foi feita com amostrador

tipo Shelby.

Os parâmetros obtidos através de ensaios triaxiais que foram usados, coesão (c)

e ângulo de atrito (φ), são de outro trecho da obra (seção 25+300), já que não foram

feitos esses tipos de ensaio em amostras do solo mais próxima à seção 18+880. Esses

67

parâmetros não chegam a ter relevância pois no modelo não se aproxima da ruptura,

porém o PLAXIS exige dados desses parâmetros no Input.

O modelo constitutivo Hardening Soil (explicitado no item 2.5.1.1) foi o utili-

zado para a modelagem dos aterros, bermas, areia de substituição, camada de areia

�na compacta do solo e do colchão drenante. Os parâmetros são mostrados na

Tabela 4.2.

Tabela 4.2: Parâmetros de Hardening Soil utilizados na Análise 1Hardening Soil Aterro Berma Areia de substituição Areia Fina 1 Areia Fina2 Colchão Drenante

γs(kN/m3) 20,00 18 18 19,5 19,5 19,5

γsat(kN/m3) 20,00 18 18 19,5 19,5 19,5

kx(m/s) 2,00x10−5 2,00x10−5 3,00x10−5 2,00x10−5 2,00x10−5 2,00x10−5

ky(m/s) 2,00x10−5 2,00x10−5 3,00x10−5 2,00x10−5 2,00x10−5 2,00x10−5

E50ref (kN/m

2) 25000 20000 10000 35000 35000 25000

Eoedref (kN/m2) 25000 20000 10000 35000 35000 25000

m 0,50 0,5 0,7 0,5 0,5 0,5

c′(kPa) 2,00 1 0 0 0 0

φ′(°) 35 32 29 37 37 37

ψ(°) 2 0 0 4 4 4

Eurref (kN/m2) 75000 60000 20000 105000 105000 75000

pref (kN/m2) 100,00 100 224 159,5 288,5 100

A camada mais profunda de areia compacta foi modelada com apenas 2 metros

de espessura, já que ela apresenta deslocamento bem menos expressivo que o das

camadas de argila acima dela.

Mesmo adotando os parâmetros de projeto neste trabalho, foi feita uma análise

comparativa dos parâmetros resultantes de ensaios realizados em seções próximas

à 18+880. Na Tabela 4.3 são exibidos parâmetros advindos de ensaios em 3 faixas

de profundidade diferentes e os parâmetros usados em projeto no modelo da seção

18+880 relativos a essas camadas em termo de profundidade.

Pode ser observada a maior compatibilidade dos parâmetros da seção 18+880

com os de resultado de ensaios da seção 18+800. No caso dessas duas seções, só

aparecem divergências quanto ao parâmetro de compressibilidade (cv) e ao OCR. Os

resultados da seção 19+000 chegam a se aproximar nos pesos especí�cos (γn) e no

coe�ciente de adensamento vertical (cv), mas não há clara proximidade dos valores

68

Tabela 4.3: Comparação dos parâmetros usados para modelar a seção 18+880 com

parâmetros resultantes de ensaio em seções próximas (BOUCH, 2017 [8])Profundidade(m) 18+880(Projeto) 18+800(Ensaio) 18+920(Ensaio) 19+000(Ensaio)

Cc2 a 2,5 1,49 1,49 1,28

3 a 3,5 1,49 0,72

4 a 4,5 1,34 1,34

Cr2 a 2,5 0,21 0,21 0,15

3 a 3,5 0,21 0,06

4 a 4,5 0,2 0,2

ch(m2/ano)2,01 5,68 20,2

4,05 5,68 4,7

6,01 9,46 16,7

cv(m2/ano)

2 a 2,5 2,84 0,18 0,26

3 a 3,5 2,84 2,27

4 a 4,5 2,84 0,47

OCR2 a 2,5 1,3 2,87 1,13

3 a 3,5 1,3

4 a 4,5 1,2 1,06

γn(kN/m3)2 a 2,5 1,44 1,44 1,36

3 a 3,5 1,44 1,53

4 a 4,5 1,47 1,39

e02 a 2,5 3,03 3,03 2,68

3 a 3,5 3,03 2,16

4 a 4,5 2,99 2,99

dos parâmetros. A seção 18+920 é a única na tabela para usar como comparativo

do coe�ciente de adensamento horizontal (ch) e mostrou maior compatibilidade só

na profundidade 4,05 m.

Os parâmetros da camada de areia compacta foram obtidos através de estu-

dos geotécnicos realizados na região. Já os materiais de aterro, berma e areia de

substituição tiveram como fonte relatórios técnicos. Para o colchão drenante não

foram encontrados os parâmetros no relatório técnico, logo, foram usados valores

de parâmetros estimados. Foram desconsideradas no modelo camadas subjacentes,

consideradas incompressíveis.

Além dos materiais citados acima, foram utilizados no modelo elementos de

geogrelha e drenos. A geogrelha transversal foi estipulada no modelo com elemento

com resistência a tração de 600 kN/m, valor igual ao fornecido em projeto. Os

drenos verticais �broquímicos foram modelados com o comportamento "normal"de

drenagem. A geometria desses dois elementos no modelo obedeceu à geometria de

projeto (Figura 3.8).

69

4.2 Análise no PLAXIS 2D

Na primeira tentativa de modelagem foram estabelecidas as fases de execução,

somente considerando a obra do segundo aterro como descritas no item 3.4, utili-

zando os parâmetros do item 4.1. Esse modelo indicou colapso do aterro na fase

inicial, em que havia somente o aterro antigo.

Como o aterro antigo já deveria estar estabilizado, foi considerado que os parâme-

tros usados para as camadas de solo foram estabelecidos previamente à construção

do aterro antigo. Com o objetivo de começar a de�nir as fases de execução do se-

gundo aterro só com o aterro antigo estabilizado, poropressões dissipadas, foram

modeladas as fases de subida do aterro antigo. Para essas fases foram de�nidos

intervalos de tempo e alturas de subida de aterro arbitrárias, alternando entre fases

plásticas e de consolidação, e com a última fase dessa primeira etapa terminando só

após a dissipação de um valor de poropressão mínimo. Depois dessa dissipação o

segundo aterro foi executado de acordo com o item 3.4.

Foi utilizada uma malha de elementos �nitos que seguiu a geometria da seção

analisada estabelecida de projeto e sua execução seguindo as informações de subida

de aterro da obra. A Figura 4.1 apresenta a geometria gerada no programa para

análise da seção.

4.2.1 Primeira Análise

Utilizando a geometria da Figura 3.7 e as as informações de cota de aterro cole-

tadas durante a obra, foram modeladas as diferentes fases para avaliar os desloca-

mentos gerados por cada carregamento, comparando em seguida com os resultados

da instrumentação. Abaixo estão as fases consideradas:

� Implantação dos drenos verticais;

� Primeiro Alteamento (200 cm);

� Segundo Alteamento (470 cm);

70

� Terceiro Alteamento (20 cm).

O desenho de projeto aponta uma sobrecarga de 60 cm de espessura que deveria

ser removida no �nal da obra porém essa informação não é compatível com os dados

de cota de aterro. Para designação das fases foi usada como base os dados de cota de

aterro. Logo, não foi considerada a espessura de 60 cm e sim de 20 cm de sobrecarga,

e ela não foi retirada no modelo.

Como explicado no item 4.2, as primeiras fases foram de subida do aterro antigo

e estabilização da poropressão do mesmo. A Figura 4.2 apresenta fase anterior ao

começo da construção do aterro novo.

Figura 4.2: Fase de pré-construção do segundo aterro

A de�nição do nível d'água foi estabelecida nas condições iniciais como sendo no

mesmo nível do terreno. Conforme apresentado na Figura 4.3.

Figura 4.3: Nível freático estabelecido

Após essa fase foram de�nidas as fases de construção do novo aterro, sendo a

primeira a implantação dos drenos verticais (Figura 4.4).

71

Figura 4.4: Primeira fase, implantação dos drenos verticais

Foi estipulado o período da primeira fase de 29 dias, pois é o período que come-

çaram a monitorar os recalques ainda sem alteamento. Após este período houve a

execução da primeira camada de berma e aterro, que durou 29 dias e resultou em

2 metros de aumento da cota de aterro. Juntamente com esse primeiro alteamento,

foi construído o colchão drenante e instalada a geogrelha acima dele (Figura 4.5).

Figura 4.5: Segunda fase, implantação do colchão drenante, geogrelha e alteamento

de 2 metros de berma e aterro

Foi dado um intervalo de 259 dias antes de começar a ser executado o segundo

alteamento, o qual levou 37 dias para subir uma espessura de 4,7 metros, atingindo

então a cota de 6,7 metros de aterro (Figura 4.6).

Figura 4.6: Terceira fase, alteamento de 4,7 metros de berma e aterro.

O aterro permaneceu 63 dias sem alteamento e após esse período foi executada

uma camada de 0,2 metros de aterro em 6 dias. Como não houve uma diminuição

abrupta de cota depois desse período, foi considerada que essa camada não foi usada

como sobrecarga temporária e permaneceu até o �m das leituras de cota de placa de

72

recalque 130 dias depois. Essa situação foi anteriormente explicitada no item 3.4.

A con�guração �nal é semelhante à Figura 4.7.

Figura 4.7: Quarta fase, alteamento de 0,2 metros de aterro.

Os maiores recalques foram observados no bordo esquerdo do aterro novo. A

Figura 4.8 apresenta os deslocamentos verticais totais, ou seja, após dissipar os

excessos de poropressão.

Figura 4.8: Deslocamento totais verticais na seção

Por meio da Figura 4.8 podemos observar o efeito de sobreadensamento gerado

pela geometria original do terreno. O maior deslocamento vertical aparece no bordo

esquerdo do aterro pois à direita o solo já tinha sido submetido a um estado de

tensões iniciais mais alto ganhando tendo assim ganhado mais resistência.

O progresso dos recalques obtidos pelo monitoramento das três placas de recalque

instaladas na seção estudada e a previsão da análise numérica ao longo das etapas

da obra estão apresentados nos grá�cos das Figuras 4.9, 4.10 e 4.11.

A placa PR1 é a mais afastada do aterro antigo (esquerda), PR2 está no centro

do aterro novo e PR3 é a mais próxima do aterro antigo (direita), como ilustrado

na Figura 3.8.

73

Figura 4.9: Progressão dos recalques da Placa de Recalque 1 de acordo com o

monitoramento e de acordo com a análise numérica



74



Como pode ser observado, existe uma diferença razoável entre o resultado do mo-

nitoramento e da análise numérica. Os valores são mais próximos nas primeiras fases,

porém nas �nais eles vão se tornando mais destoantes. A três placas apresentam

recalques menores que os indicados pelo resultado do PLAXIS. Observada a maior

velocidade de recalque calculada pelo PLAXIS, pode-se supor que a permeabilidade

do modelo não esteja compatível com a real.

4.2.2 Segunda Análise

Para o desenvolvimento de uma segunda análise foi feita a avaliação dos recalques

para os caso de mau funcionamento dos elementos de drenagem ou a não implantação

deles. Foi feita então uma adaptação do modelo, retirando os drenos verticais e

substituindo o material do colchão drenante pelo material da berma. O modelo da

seção utilizado para esta análise pode ser visto na Figura 4.12.

75

Figura 4.12: Geometria da seção 18+880 usada para a segunda análise

Nas Figuras 4.13, 4.14 e 4.15 estão representadas as curvas de Recalque × Tempo

para as diferentes placas de recalque. Essas curvas foram plotadas pelo PLAXIS e

obtidas por monitoramento.


monitoramento e de acordo com a segunda análise numérica

76





77

Na nova análise houve uma diminuição da diferença entre os resultados de recal-

que nas placas PR1, PR2 e PR3 quando comparado com a primeira análise, persis-

tindo a diferença de velocidade de recalque na últimas duas fases de alteamento. O

diagrama de deformações pode ser observado na Figura 4.16.

Figura 4.16: Diagrama de deslocamento referente a segunda análise, retirando os

elementos de drenagem da Análise 1

Pode ser observada nessa segunda análise que os deslocamentos se concentraram

ainda mais no bordo esquerdo, próximo à PR1.

4.2.3 Terceira Análise

A terceira análise foi feita com o objetivo de promover uma retroanálise das per-

meabilidades das camadas de argila. Foram feitas diversas tentativas de diminuição

da permeabilidade das argilas até encontrar o fator em que os recalques compatibili-

zassem. Para esse modelo a permeabilidade das camadas de argila foram diminuídas

20 vezes. Os valores foram mostrados na Tabela 4.4.

A geometria da seção e a disposição dos elementos e materiais permaneceram as

mesmas da Análise 1, a mesma da Figura 4.7.

O resultado da terceira análise, as curva de Recalque × Tempo previstas para as

diferentes placas pelo PLAXIS, assim como as previstas pelo monitoramento estão

ilustrados nos grá�cos das Figuras 4.17, 4.18 e 4.19.

Tabela 4.4: Parâmetros de permeabilidade das argilas utilizados na Análise 3Argila (A) Argila (B) Argila (C) Argila (D)

kx (m/s) 2,78x10−10 1,16x10−10 9,84x10−11 9,26x10−11

ky (m/s) 1,39x10−10 5,79x10−11 4,98x10−11 4,69x10−11

78


monitoramento e de acordo com a terceira análise numérica



79



Nos grá�cos da terceira análise pôde ser observada uma compatibilidade maior

dos recalques na fase entre o primeiro e o segundo alteamento do que na Análise 1.

Em comparação com a Análise 2, o resultado da Análise 3 tem uma velocidade de

recalque mais compatível após o alteamento do segundo aterro. Porém, até mesmo a

terceira análise não apresenta a compatibilidade ideal dos grá�cos. Essa descompa-

tibilização pode se dar pela concentração de zeragens em um espaço relativamente

curto de tempo em uma fase crucial que é a maior subida de aterro dessa obra.

Como há grande movimentação de terra nesse período há grandes chances da haste

da placa ter sido dani�cada durante a operação das máquinas ou pela falta de cau-

tela na proteção da haste contra outros possíveis problemas. Tendo erros adivindos

da leitura da instrumentação, não é produtivo alterar ainda mais parâmetros para

buscar aproximar os resultados.

A ordem de grandeza da permeabilidade chega a 10−9cm/s que é considerada

como sendo baixíssima, chegando a ser só duas ordens de grandeza maior do que a

bentonita.

A disposição das intensidades de deslocamento nessa terceira análise permanece

similar a das análises anteriores. O diagrama dos deslocamentos dessa análise é dado

na Figura 4.20.

80

Figura 4.20: Diagrama de deslocamento referente a terceira análise, diminuindo 20

vezes os valores de permeabilidade das camadas de argila da Análise 1

81

Capítulo 5

Considerações �nais

5.1 Conclusão

A análise dos deslocamentos verticais das placas de recalque no PLAXIS 2D

foi feita seguindo as etapas de alteamento, executadas conforme os dados de cota

de aterro coletados durante a obra, e seguindo a geometria e soluções referentes à

seção estipulada em projeto. Foi feita uma avaliação da progressão dos recalques,

realizando-se uma comparação entre os valores obtidos pelo modelo numérico com

as leituras advindas do monitoramento da instrumentação em campo.

Esse estudo pôde ser realizado graças aos ensaios de laboratório, de campo e a

instrumentação instalada na obra. Devido à grande extensão da obra e à comple-

xidade do trabalho com solos moles, é essencial o acompanhamento dos recalques e

outros fatores como poropressão. Com eles se torna possível avaliar corretamente as

condições em campo e ter maior segurança dos futuros passos da execução.

Existem variadas soluções para construção de aterros sobre solos compressíveis.

Para a implantação de cada uma delas é necessário saber sua função e também as

circunstâncias da obra. Em obras ferroviárias ou rodoviárias é usual a existência de

diversas soluções de acordo com as condições de cada trecho, por se tratar de um

tipo de obra de grande extensão.

É importante ressaltar a importância dos investimentos em investigações para

82

tornar análises como as realizadas neste trabalho possíveis. Além de um número

reduzido de ensaios afetar muito a qualidade dos parâmetros usados para elaboração

do projeto, tanto para escolha de técnicas a serem usadas quanto prazos de execução.

Pode ser observada nas análises a in�uencia dos parâmetros de permeabilidade do

solo na progressão e estabilização dos recalques, sendo ele importante indicador para

estabelecer os futuros passos da obra. Apesar do tempo estabelecido em projeto,

somente após constatar a estabilização dos dados de instrumentação pôde ser dada

continuidade ao alteamento.

Foram constatados maiores deslocamentos verticais conforme as placas de recal-

que se distanciavam do aterro antigo. Esse fenômeno pode ser considerado como

resultado do ganho de rigidez do solo mais próximo dessa área, que havia recebido

carga anterior,estando assim mais consolidado.

Das análises das 3 placas pôde ser observada maior compatibilidade dos recal-

ques, na segunda e na terceira análise, no período entre o primeiro e o segundo

alteamento. As mudanças feitas depois da primeira análise (item 4.2.1) tiveram

como objetivo alterar as velocidades de recalque, interferindo na permeabilidade

do conjunto. A maior compatibilização dos recalques se deu na terceira análise

(item 4.2.3), em que foi feita a retroanálise dos parâmetros de permeabilidade das

camadas de solo mole abaixo dos aterros. Nela houve compatibilização aceitável dos

recalques após o primeiro alteamento e após o segundo alteamento foi possível notar

somente a maior compatibilidade da velocidade do recalque. Houve então, nessa fase

de execução, uma diferença de valores que pode ser vista como um deslocamento da

curva de recalque.

Essa diferença pode se dar por problemas durante o monitoramento como dani-

�cação das placas de recalque, mudança de referência de nível ou acompanhamento

incorreto do aumento de haste. Quando esses eventos ocorrem durante a subida

de aterro, que é quando há a maior variação de carga, pode representar uma dife-

rença relevante no valor �nal do recalque. Por isso é importante ter cuidado tanto

com a interpretação dos dados que vem do campo quanto com a integridade dos

instrumentos.

83

Com a proximidade maior dos resultados da terceira análise, pode ser consi-

derada a possibilidade de ter sido mais acurada a permeabilidade considerada em

projeto. Deve ser também considerada, com menos enfoque, a possibilidade de mau

funcionamento dos elementos de drenagem estabelecidos para o trecho trabalhado,

como abordava a hipótese no item 4.2.3. Porém, para todas as análises, não foi

possível aproximar os resultados do modelo numérico com os de instrumentação de

forma integral.

5.2 Sugestão para trabalhos futuros

Nas análises efetuadas neste trabalho não foi abordada a possibilidade de ajuste

do coe�ciente de compressibilidade (av) e de outros parâmetros oriundos do ensaio

de adensamento. A sugestão para novos trabalhos seria a elaboração de uma análise

crítica do uso desses parâmetros no modelo ao longo da obra.

84

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evoluÇÃo de recalque em obra de duplicaÇÃo de...

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