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Obras Geotécnicas – TC 066

Vítor Pereira Faro

[email protected]

Março 2016

Curso de Engenharia Civil – 7º Semestre

Aspetos Gerais da Execução de Aterros

• Escolha da Solução Construtiva

• Características da estrutura após a execução, designadamenteem termos de segurança e de deformações máximas admissíveis

• Aspecto económico

• Duração da construção

• Construção numa área restrita

• Inexistência de materiais para o aterro

• Inexistência de empresas especializadas para a realização de diversostratamentos do solo de fundação do aterro

Compromisso entre as seguinte condicionantes:

SEMPRE

FREQUENTEMENTE

POR VEZES

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Tipologia dos Métodos Construtivos

• Resolução de Problemas de• Estabilidade• Assentamentos (Recalques)• Deslocamentos Horizontais

• Métodos que conduzem à alteração do projeto (colocação de banquetas, diminuição da altura do aterro, ou simplesmente pela escolha de outro local)

• Métodos que não requerem empresas especializadas

• Métodos que requerem empresas especializadas (estacas de brita, estacas em concreto, instalação de drenos verticais, ...

Aspetos Gerais da Construção de Aterros em Solos Moles • A elevada compressibilidade destes solos requer especiais precauções, em termos de acesso e das áreas de trabalho

• Nestes solos, contrariamente ao procedimento geral, não se procede à remoção da vegetação superficial, pois este constitui uma pequena crosta superficial resistente, permitindo a execução da primeira camada de aterro com o apoio de equipamento ligeiro

• Entre o solo de fundação e a primeira camada de aterro aconselha‐se a colocação de um geotêxtil, garantindo as seguintes funções:

• Separação• Filtro• Diminuição das deflexões do aterro

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Aspetos Gerais da Construção de Aterros em Solos Moles • Principais funções dos geotêxtis em aterros

• Drenagem / Reforço

• Separação

• Permitir o lançamento das primeiras

camadas de solo Redução da ruptura localizada!!

Aspetos Gerais da Construção de Aterros em Solos Moles

• Características da primeira camada de aterro

• Solos granulares com permeabilidade superior a ~100x ksolo natural para permitirem a drenagem resultante do processo de adensamento (consolidação)

• Altura da camada entre 50 cm e 1,0 m

• Compactação ligeira, para reduzir a fissuração em resultados das elevadas deformações a que esta camada está sujeita

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Aspetos Gerais da Construção de Aterros em Solos Moles

• Início da Construção

Problemas em Aterros Sobre Solos Moles

• Problemas de Estabilidade

• Problemas de Recalques

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Problemas em Aterros Sobre Solos Moles

• Problemas de Estabilidade + Problemas de Recalques

Banquetas (Bermas) Estabilizadoras

• As banquetas estabilizadoras atuam como contrapeso nas potenciais superfícies de escorregamento, incrementando a segurança em relação à rotura global.

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• Influência da largura da banqueta (L) na estabilidade de um aterro com = 35º, construído sobre uma camada homogénea de argila com resistência Su e espessura D (Leroueil et al., 1990).

• A estabilidade aumenta com:• Aumento largura da banqueta (L)

• Diminuição da espessura de argila (D)


• As banquetas podem ou não ser construídas em simultâneo com o aterro principal, devendo em qualquer caso estar instaladas antes que a altura do aterro seja crítica

• Se estas não forem utilizadas para passagem de veículos não necessitam de ser compactadas

• A parte inferior destas banquetas deve ser formada por material que permita livre drenagem proveniente do solo de fundação

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Construção Faseada

• Tipos de Procedimentos Construtivos


• Qual a Vantagem de se Construir o Aterro por Fases?

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• Qual a Vantagem de se Construir o Aterro por Fases?

• Este processo potencia o aumento da resistência com o aumento da tensão efetiva

• Assim, após a colocação de cada camada de aterro é necessário esperar pela dissipação da poropressão, associada ao aumento da tensão efetiva, o que origina o acréscimo de resistência ao corte (Su) necessária para o suporte da próxima camada de aterro


• Esquema de funcionamento

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• Este método é, do ponto de vista prático, facilmente exequível e económico

• Limitações / Condicionantes:• duração das fases de consolidação muito longa• para uma dada geometria do talude, existe uma altura máxima a partir da qual não se consegue garantir a estabilidade do aterro

• É imprescindível o controlo do estado de consolidação ao longo do processo construtivo, sendo necessário efetuar:

• medição da poropressão sob o aterro• medição dos assentamentos (recalques) da camada de argila• medição direta do incremento de resistência ao corte (ensaios “Vane‐Test”)

Construção Faseada - Exercício

• Verifique se o Método de Construção Faseada é compatível com os seguintes requisitos:

• garantir um fator de segurança de 1,5• garantir um recalque por adensamento primário máximo admissível após a construção de 5 cm• garantir um prazo total de execução da obra de 18 meses

• Assuma o Ponto A como o ponto representativo do solo de fundação• Admita que o aterro é de grandes dimensões

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Reforço com Geossintéticos

• Tipos de Geossintéticos Adequados para Reforço

• GeotêxtisEconómico, de fácil transporte e colocação em obra, dispõe de elevadas áreas de interação facilitando a transferência dos esforços para as inclusões.

Apresenta elevada deformabilidade (geotêxtis não‐tecidos)

• GeogrelhasResistência à tração e rigidez adequadas, interação solo‐reforço eficaz (Yeo, 1985)


Geotêxtis Não‐Tecidos Geotêxtis tecidos Geogrelhas

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• Propriedades dos Geossintéticos

• Resistência à tração e deformabilidade adequadas• Contribuem para a eficácia do reforço

• Fluência e relaxação adequadas• Para garantir a eficácia dos reforços ao longo da vida da obra

• Resistência adequada nas interfaces solo‐geossintético• Sendo nestas interfaces que se dá a transferência de tensões

• Resistência ao rasgamento e perfuração• Para diminuir a probabilidade de ocorrerem descontinuidades físicas

• Flexibilidade• Para garantir o bom contato solo‐geossintético e garantir o seu funcionamento


• Funções dos Geossintéticos

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• Comportamento à tração

• Geogrelhas

A elevada rigidez estrutural leva a que a deformação seja praticamente coincidente com a deformação dos componentes poliméricos

• Geotêxtis Não‐Tecidos

A deformação estrutural é que controla a deformação total do geossintético, sendo o material sensível a fatores externos, como por exemplo a tensão de confinamento


• Mecanismos de Ruptura em Aterros (Koemer, 1988)

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• Colocação em Obra• A colocação deve permitir a mobilização das tensões de tração no geossintético

• Orientação do Geossintético


• Sequência Construtiva (ideal)

Este processo construtivo permite a aplicação de um estado de tensão mais uniforme e suave, reduzindo também o risco de escorregamento das laterais do geossintético, o que poderá ocorrer no caso de se colocar uma grande altura de aterro na zona central sem que as laterais estejam convenientemente carregadas (Ingold e Miller, 1988).

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• Instalação dos Geossintéticos (mais comum)

Sobrecarga Temporária – Pré-Carga

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• Funcionamento da Pré‐Carga


• Este método parece atrativo, no entanto, na prática é muitas vezes condicionado pela altura máxima do aterro, em função das suas condições de estabilidade

• Esta Pré‐Carga também pode ser materializada, no caso de não haver material de aterro para uma camada extra, por tanques de água, entre outros...

• A Pré‐Carga reduz ainda o adensamento por compressão secundária

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Sobrecarga Temporária – Pré-CargaExercício

• Verifique se o Método de Construção Faseada é compatível com os seguintes requisitos:

• garantir um fator de segurança de 1,5

• garantir um recalque por adensamento primário máximo admissível após a construção de 5 cm

• garantir um prazo total de execução da obra de 12 meses

• Admita que o aterro é de grandes dimensões

Drenos Verticais

• Funcionamento dos Drenos Verticais• Consiste na introdução no solo natural de elementos verticais de drenagem, reduzindo a distância de drenagem, o que origina a aceleração do processo de consolidação

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Drenos Verticais

• Funcionamento dos Drenos Verticais• Consiste na introdução no solo natural de elementos verticais de drenagem, reduzindo a distância de drenagem, o que origina a aceleração do processo de consolidação

Drenos Verticais

• Drenos de Areia

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Drenos Verticais

• Drenos de Areia

• A execução de drenos de areia por furação e posterior injeção produz os drenos mais eficientes

• Drenos executados por deslocamento do solo (por exemplo por vibropenetração) conduz a drenos menos eficientes (aumento do tempo de consolidação em cerca de 20‐40%), mas têm a vantagem de reduzir significativamente o assentamento do solo de fundação

• Durante a colocação da areia é importante garantir que a coluna de areia é contínua ao longo de todo o dreno

Drenos Verticais

• Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos)

• A maior parte dos drenos pré‐fabricados são revestidos por geotextis possuindo uma forma alongada com cerca de 10 cm de largura e alguns milímetros de espessura.

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Drenos Verticais

• Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos)• Noção de Diâmetro Equivalente (dw)

Drenos Verticais

• Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos)• Método Construtivo

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Drenos Verticais


Drenos Verticais

• Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos)• Sequência Construtiva

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Drenos Verticais


Drenos Verticais


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Drenos Verticais

• Dimensionamento dos Drenos Verticais

Drenos Verticais


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Drenos Verticais


Drenos Verticais


Bru (1981)

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Drenos Verticais

• Dimensionamento dos Drenos Verticais • Relação entre o factor tempo (Tv, Tr) e o grau de consolidação (Uv, Ur)

Drenos Verticais

• Dimensionamento dos Drenos Verticais – Capacidade de Carga dos Drenos é infinita?

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Drenos Verticais

• Dimensionamento dos Drenos verticais – Capacidade de Carga dos Drenos é infinita?

• Verificar especificações técnicas dos geodrenos

Drenos Verticais

• Dimensionamento dos Drenos verticais

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Drenos Verticais


Drenos Verticais


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Drenos Verticais


Barreiras Drenantes

Drenos Verticais Barreiras Drenantes

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Barreiras Drenantes

• As barreiras drenantes são geralmente executadas por escavação da vala e posterior enchimento com areia. A profundidade máxima destas trincheiras é de 5 a 7 m, condicionado em geral pela estabilidade das paredes da trincheira

• Grau de consolidação do solo entre as barreiras Uvh,

• Deve‐se monitorizar a evolução do processo de consolidação entre as trincheiras drenantes, bastando para o efeito instalar placas de recalque e um piezómetro no ponto médio da camada

1 – Uvh = (1 – Uv) (1 – Uh)

Barreiras Drenantes

• As barreiras drenantes são geralmente executadas por escavação da vala e posterior enchimento com areia. A profundidade máxima destas trincheiras é de 5 a 7 m, condicionado em geral pela estabilidade das paredes da trincheira

• Grau de consolidação do solo entre as barreiras Uvh,

• Deve‐se monitorizar a evolução do processo de consolidação entre as trincheiras drenantes, bastando para o efeito instalar placas de recalque e um piezómetro no ponto médio da camada

1 – Uvh = (1 – Uv) (1 – Uh)

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Diminuição do Peso do Aterro

• Características dos Materiais a Utilizar (OECD 1979, Delmas et al. 1987):

• reduzido peso específico

• boa resistência mecânica, química e a baixas temperaturas

• reduzida compressibilidade

• de fácil compactação

• não corrosivo

• não poluente


• Materiais Usuais

• resíduos de madeira ( = 8‐10 kN/m3)

• resíduos industriais (cinzas, escórias) ( = 10‐14 kN/m3)

• pneus usados, com ou sem materiais de enchimento ( = 6‐8 kN/m3)

• concreto de baixa densidade ( = 5‐10 kN/m3)

• argila expandida ( = 5‐10 kN/m3)

• poliestireno expandido ou extrudido ( = 1 kN/m3)

• polipropileno extrudido ( = 8‐10 kN/m3)

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• Os resíduos das indústrias de madeira são dificilmente compactáveis e, além de se poderem desintegrar com o tempo, existe um risco agravado de poluir os aquíferos

• Os resíduos industriais são pouco atractivos, em relação a outros materiais mais leves. Além disso, estes materiais são geralmente afectados pela água, só devendo ser utilizados acima do nível freático, exibindo também propriedades químicas que podem ser agressivas para as estruturas circundantes

• Os quatro últimos materiais citados são os mais caros, sendo o mais promissor e mais difundido o poliestireno expandido, devido ao seu reduzido peso específico

• Incorporação de Vazios no Aterro (tubos metálicos, de concreto, ...)


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• A adopção destes tubos apresenta uma vantagem extra em áreas sujeitas a inundações, dado permitirem o contato hidráulico entre ambas as laterais do aterro, evitando assim possíveis desníveis de nível freático, que poderiam comprometer a estabilidade do aterro

• Neste processo deve ser dada especial atenção à compactação do aterro na envolvente dos tubos


• Utilização de Blocos de Poliestireno

• Diminuição da pressão aplicada pelo aterro no solo de fundação

• Diminuição dos impulsos de terras sobre o encontro do viaduto

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• Este material é geralmente utilizado na forma de blocos (3m x 1m x 0,5m) –consultar fornecedor

• Para diminuir a influência nefasta dos hidrocarbonetos, este material deve ser protegido superficialmente com uma manta de polipropileno, com espuma de propileno (10 cm) ou com uma camada de betão armado (10 cm)



• Redução do peso na aproximação do aterros a estruturas, de modo a reduzir as pressões horizontais tanto nas estruturas como nas suas fundações

• Alargamento de aterros antigos

• Redução do peso em aterros muito altos

• Redução do peso de aterros antigos que continuam a ter elevados assentamentos, em particular junto a estruturas fixas (estruturas sobre estacas, por exemplo)

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• Utilização de Blocos de Poliestireno• Resistência do EPS em função da densidade (consultar fornecedor)

• Densidade Mínima > 20 Kg/m3

(Leovaldo Martins, 2005)



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Substituição Total/Parcial de Solos Moles

• Metodologias geralmente utilizadas

• Escavação e posterior enchimentoNo caso da substituição ser efetuada por escavação, esta pode ser total ou parcial, dependendo a sua secção transversal da geometria do aterro e das propriedades mecânicas dos materiais do aterro e do solo de fundação

• Deslocamento direto do solo moleEconómico, mas pode existir contaminação do solo substituído, levando ao incremento dos custos de manutenção deste tipo de obras


• Deslocamento Direto

• Utilização• Zonas de águas calmas com pequena profundidade

• Solos moles de fraca resistência e reduzida espessura

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Repulsão Total Repulsão Parcial



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Aterro Sobre Estacas de Concreto

• Técnicas de Execução

• O aterro apoia‐se diretamente sobre a cabeça das estacas (a)

• Instala‐se uma laje em concreto entre as estacas e o aterro (b)


• Técnicas de Execução

• Instalação de Geogrelhas sobre as estacas

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• Mecanismo de transferência da carga para as estacas


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Estacas de Brita

• Suportar uma parte do peso do aterro – Aumento da capacidade de carga

Estacas de Brita


• Acelerar a consolidação – Funcionamento como um dreno vertical

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Estacas de Brita


• Acelerar a consolidação – Funcionamento como um dreno vertical

• Ajuda a densificação do solo circundante – Diminui o potencial de liquefação

• Reduz o assentamento

Estacas de Brita

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Estacas de Brita

• Processo Executivo – Método Não Vibratório

Estacas de Brita

• Processo Executivo – Método Vibratório• Enchimento pelo Topo (“Top feed method”)

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Estacas de Brita

• Processo Executivo – Método Vibratório• Enchimento pela Base (“Bottom feed method”)

Estacas de Brita

• Processo Executivo – Método Vibratório

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Estacas de Brita

• Processo Executivo – Método Vibratório

Deep Mixing

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Deep Mixing

Deep Mixing

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Deep Mixing

• Trecho Experimental

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• Casos de Obras

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Deep Mixing

• Barreiras de Colunas

Deep Mixing

• Barreiras de Colunas – Casos de Obras

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