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Projeto e Desempenho dos Aterros sobre Solos Moles na Refinaria Abreu e Lima – Complexo Portuário de Suape – Ipojuca/PE Alexandre Duarte Gusmão, Engenheiro Civil, D.Sc. Gusmão Engenheiros Associados, Recife – [email protected] Gilmar de Brito Maia, Engenheiro Civil, Especialista Gusmão Engenheiros Associados, Recife – [email protected] Rubenei Novais Souza, Engenheiro Civil, D.Sc. Petrobras, Rio de Janeiro – [email protected] André Estevão Ferreira da Silva, Engenheiro Civil, M.Sc. Huesker, São José dos Campos, - [email protected] Marçal Alves de Souza, Engenheiro Civil Geocom Ltda, Recife - [email protected] Resumo: o trabalho apresenta os principais aspectos do projeto, construção e desempenho dos aterros sobre solos moles na Refinaria Abreu e Lima, em construção no Complexo de Suape, Ipojuca/PE. Trata-se de aterros com até 16m de altura sobre camadas com até 10m de solos moles, onde toda execução foi condicionada aos resultados da instrumentação geotécnica implantada. No tratamento do solo mole foi feito uso intensivo de geossintéticos em várias funções (geotêxteis, geodrenos e geogrelhas). Durante todas as etapas não houve problemas de estabilidade dos aterros e a solução atendeu plenamente às expectativas da etapa de terraplanagem da obra. 1. INTRODUÇÃO O aumento da atividade econômica no Brasil nos últimos dez anos tem proporcionado um crescimento expressivo da cadeia produtiva da construção civil. A retomada dos investimentos em obras de infraestrutura tem causado uma grande demanda por serviços geotécnicos, tanto na área de projeto, quanto de execução e controles. A região nordeste, por sua vez, tem apresentado índices de crescimentos médios acima da economia brasileira nesse período, destacando-se o estado de Pernambuco, com obras tais como a Refinaria Abreu e Lima – RNEST, Estaleiro Atlântico Sul e a Fábrica de automóveis da Fiat. No caso particular da RNEST, é o maior investimento já feito na história do estado. A maior parte dos investimentos tem sido feita na zona da mata do estado, próximo ao litoral. Nesses locais, predominam depósitos de sedimentos não consolidados recentes, incluindo solos moles (areias fofas e argilas moles orgânicas). Esse trabalho tem como objetivo apresentar os principais aspectos do projeto, construção e desempenho dos aterros sobre solos moles na construção da RNEST (prospecção geotécnica, dimensionamento e instrumentação). O uso intensivo de geossintéticos (geotêxtil, geodreno e geogrelha) permitiu que fossem alcançados os requisitos técnicos exigidos para os aterros, bem como os prazos da obra.
2. COMPLEXO PORTUÁRIO DE SUAPE O Complexo Industrial Portuário de Suape está situado a cerca de 60km de distância do Recife, no Município de Ipojuca, Pernambuco. Atualmente é o mais completo pólo para a localização de negócios industriais e portuários da Região Nordeste. Dispondo de uma infraestrutura completa para atender às necessidades dos mais diversos empreendimentos, Suape tem atraído um número cada vez maior de empresas interessadas em colocar seus produtos no mercado regional ou exportá-los para outros países. A posição geográfica de Pernambuco, no centro da Região Nordeste, transforma Suape em um centro concentrador e distribuidor de cargas. A localização também torna o porto de Suape vocacionado como um porto internacional concentrador de cargas (hub port) para toda a América do Sul. Suape hoje recebe investimentos da ordem de US$ 17 bilhões. São mais de 100 empresas instaladas e outras 35 em fase de implantação nos seus 30 anos de existência. Uma refinaria de petróleo, três plantas petroquímicas e o maior estaleiro do hemisfério sul estão em construção no local, e esses investimentos alavancaram novas cadeias produtivas no Estado em um movimento que irá transformá-lo em um grande pólo de bens e serviços para as indústrias de petróleo, gás, offshore e naval. Com uma infraestrutura adequada, essas empresas contam ainda com incentivos fiscais, oferecidos pelo governo federal e estadual, com o objetivo de estimular a geração de empregos e incrementar a economia regional. 2. REFINARIA ABREU E LIMA A Refinaria do Nordeste ou Refinaria Abreu e Lima, será a primeira refinaria de petróleo inteiramente construída com tecnologia nacional. A Petrobras considera que essa refinaria será a mais moderna já construída em território nacional, pois será a primeira adaptada a processar 100% de petróleo pesado com o mínimo de impactos ambientais, e produzir combustíveis com teor de enxofre menor do que o exigido pelos padrões internacionais mais rígidos de 10 ppm de enxofre (Figura 1).
Fig. 1 – Layout da Refinaria Abreu e Lima
O parque de refino da RNEST será orientado principalmente para produção de óleo diesel, o derivado de maior consumo no País. O diesel é o derivado de maior importação do Brasil e sua produção no Nordeste permitirá atender à crescente demanda por derivados na região. O excedente poderá abastecer ainda o mercado nacional. A capacidade de refino será de 240 mil barris por dia, podendo a planta ser ampliada para até 500 mil barris diários. As primeiras obras relacionadas ao projeto de construção da unidade de refino tiveram início em 2007 com a fase de terraplanagem, que já está concluída. Atualmente estão sendo finalizadas as obras civis e de montagem. 3. TERRAPLANAGEM DO TERRENO O terreno de implantação da refinaria possui 600 hectares e era formado por vários morros com altura de até 50m. O projeto de terraplanagem previa a construção de um platô em torno da cota 17,00. O volume de escavação e de aterro foram iguais a 23 e 18 milhões de metros cúbicos, respectivamente. Para o desenvolvimento do projeto básico de terraplanagem, foram realizadas 53 sondagens de reconhecimento a percussão e 08 mistas. Também foram coletadas amostras deformadas e indeformadas de solos em 04 trincheiras em diferentes locais do terreno, para realização de ensaios de caracterização (granulometria; limites; densidade real dos grãos; proctor normal; CBR) e de cisalhamento direto. Nos trechos de solos moles foram feitas poucas sondagens, já que se tratava de áreas de difícil acesso. 4. PROJETO BÁSICO DOS ATERROS SOBRE SOLOS MOLES A partir de fotografias aéreas e algumas sondagens, foram identificadas as áreas de solos moles, que totalizavam cerca de 6 hectares do terreno, ou seja, 1% da sua área total. Esses locais estavam localizados em alguns talvegues internos do terreno, mas a maior parte estava localizada nos bordos do terreno, com previsão de aterros com até 16m de altura. A Figura 2 apresenta a planta do terreno da RNEST com a localização das áreas dos solos moles (representadas por hachuras azul e verde). No presente trabalho será dada uma maior ênfase aos aterros denominados de “2” (talvegue interno) e “A” (bordo do terreno). A área “2” tem cota de implantação 17,30 e a área “A” está reservada para uma ampliação futura da refinaria, e foi projetada com platô na cota 9,50. A cota do terreno natural é 1,50. O projeto básico previa a troca de 4m do solo mole superficial por solo encascalhado tipo estolho de pedreira, seguido de areia, que iria se constituir também em colchão drenante, contribuinte do processo de aceleração dos recalques por adensamento das camadas compressíveis subjacentes. Na ocasião, todas as análises de estabilidade e de recalques foram feitas com base em parâmetros geotécnicos estimados para os solos moles, já que não eram disponíveis nem ensaios de campo e nem de laboratório. Nas áreas “A” e “B”, no entanto, em face da presença de uma camada de solo mole mais espessa, foi concebida uma substituição parcial do solo mole, mais o reforço do aterro com geogrelha. A Figura 3 apresenta a solução concebida para o bordo externo da área “A”.
5. PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA COMPLEMENTAR 5.1. Ensaios de campo e laboratório Para a prospecção complementar foram feitos ensaios de campo e de laboratório. A Figura 4 apresenta o detalhe esquemático de cada ilha de investigação geotécnica, que foi composta por 01 sondagem de reconhecimento a percussão com medição de umidade natural, 01 vertical de ensaio de palheta, e 01 vertical de piezocone. Além disso, também havia 01 vertical para coleta de solos moles em profundidade com amostradores tipo shelby para realização de ensaios de laboratório. No total foram feitas 09 ilhas de investigação, sendo que 05 delas nas áreas “2” e “A”. A Tabela 1 apresenta a especificação dos ensaios realizados em cada ilha de investigação. Ressalta-se que ainda foram feitas mais sondagens a percussão nas áreas de solos moles, para definição dos seus limites.
Fig. 2 – Arranjo da refinaria e áreas de solos moles (lado do quadrado = 100m)
Fig. 3 – Bordo externo entre a área “A” e o terreno natural – projeto básico
ÁREA 2
ÁREA “A”
Fig. 4 – Detalhe da ilha de investigação geotécnica
Tabela 1 – Detalhamento dos ensaios de campo e de laboratório
Prof. (m) Palheta CPTU Ensaios de Laboratório
Contínuo Dissipação Shelby Tipo 1 Tipo 2 1,0 X X 2,0 X X X X X X 3,0 X X 4,0 X X X X X 5,0 X X 6,0 X X X X X X 7,0 X X 8,0 X X X X X 9,0 X X 10,0 X X X X X X
Ensaios tipo 1:granulometria / limites / adensamento / triaxial UU Ensaios tipo 2: triaxial CU 5.2. Perfil geotécnico do terreno – áreas “2” e “A” O trecho em análise é constituído por sedimentos recentes do Período Quaternário (depósitos de mangues), tipo argilas orgânicas, siltes, areias finas e restos de matéria orgânica, que formam áreas baixas, periodicamente inundáveis. As sondagens realizadas na área “2” na etapa de prospecção geotécnica complementar mostraram que o terreno se encontrava em torno da cota +2,50. O subsolo é composto inicialmente por uma camada de solo muito mole com espessura variável entre 2,5m (área interna do vale) e 7,5m (bordo do aterro junto a área “A”). Após essa camada, aparece uma alteração de rocha com elevada resistência a penetração. Na área “A”, o perfil geotécnico é semelhante, mas a espessura do solo mole varia entre 7,5m (aterro junto à área 2) e 9,5m (bordo externo do aterro).
Para as análises de estabilidade do aterro e suas deformações, os parâmetros geotécnicos foram definidos a partir dos ensaios de campo (CPTU e palheta), ensaios de laboratório e valores típicos das argilas orgânicas e turfas presentes na região. A Figura 5 apresenta o perfil de resistência não drenada obtido na vertical SP106 na área “A”, considerando-se os resultados de ensaios triaxiais tipo UU, palheta e CPTU. 6. PROJETO EXECUTIVO DOS ATERROS SOBRE SOLOS MOLES 6.1. Solução de estabilização dos aterros – áreas “2” e “A” Como foi visto no item 4, o projeto básico previa nas áreas de solos moles uma solução de substituição parcial do solo mole. Na área “A” o projeto também previa o uso de reforço na base do aterro com geogrelhas. No entanto, no desenvolvimento do projeto executivo de terraplanagem foi adotada uma solução diferente para a estabilização dos aterros. Optou-se pela construção do aterro em etapas (04 ou 05 etapas, dependendo do caso), associada ao uso de geodrenos verticais e geogrelhas para aceleração dos recalques e reforço do solo, respectivamente. Também foi usada na interface do solo natural um geotêxtil não tecido com função separação. Essa solução teve como objetivo reduzir os recalques na fase de operação da refinaria, e também eliminar a necessidade da remoção e bota fora do material mole, já que não havia área licenciada para a deposição do solo escavado.
Fig. 5 – Perfil de resistência não drenada obtido com vários tipos de ensaios – área “A”
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
0 10 20 30
Pro
f. (m
)
NSPT
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
0 5 10 15 20
Pro
f. (m
)
Su (kPa)
Su (Cone-Nkt) Su (Cone-NDU)
Su (Cone-Nke) Su (Palheta)
Su (Triaxial-UU)
Para as análises de estabilidade do aterro e suas deformações, os parâmetros geotécnicos foram definidos a partir dos ensaios de campo (CPTU e palheta), ensaios de laboratório e valores típicos das argilas orgânicas e turfas presentes na região. A malha de geodrenos foi fixada para que se obtivesse uma percentagem de adensamento do solo mole da ordem de 60% em um prazo de 90 dias. Com isso, a malha foi pré-dimensionada com drenos fibroquímicos de 100x5mm, em uma malha triangular de lado 130cm. O ponto mais crítico no desenvolvimento do projeto foi a estabilidade dos bordos do aterro da área “A”. Para isso, foi executada apenas no bordo uma geogrelha com resistência nominal de 350kN/m na interface entre o colchão drenante e o aterro. Também foi necessário executar uma berma de equilíbrio avançando aproximadamente 60m do pé do talude do aterro previsto inicialmente no projeto básico, para garantir a estabilidade do aterro no início da construção, bem como reduzir os movimentos laterais do solo mole a longo prazo. Para garantir a drenagem das águas do fundo do talvegue e do adensamento do solo mole, foi executado um sistema de drenagem tipo “espinha de peixe” (dreno francês) composto por um dreno principal no talvegue, e drenos secundários que deságuam no dreno principal (Fig. 6). Os drenos eram compostos por brita e envolvidos com geotêxtil não tecido. Também foram instalados poços de bombeamento em pontos estratégicos para garantir que toda água coletada pudesse ser jogada a jusante, mesmo que o sistema trabalhasse afogado.
Fig. 6 – Detalhe dos trechos com gedrenos e “espinha de peixe” – áreas “2” e “A”
Para as análises de estabilidade dos aterros foi usado o Método de Bishop e em todas as etapas foi considerado um fator de segurança mínimo igual a 1,50. A Figura 7 apresenta a superfície crítica na última etapa de carregamento. Todas as etapas atenderam ao fator de segurança mínimo fixado a priori. A Tabela 2 apresenta a previsão dos recalques em cada etapa do alteamento do aterro. 6.2. Sequência de execução O tratamento da fundação dos aterros das áreas “2” e “A” foi feito na seguinte ordem:
• Remoção de toda a vegetação, incluindo os troncos das árvores; • Lançamento de geotêxtil não tecido com gramatura de 300g/m2 sobre o terreno natural; • Lançamento de colchão de areia com 0,6m de espessura sobre o geotêxtil; • Execução dos drenos fibroquímicos até a profundidade especificada; • Escavação do colchão de areia para execução dos drenos principal e secundário
envolvidos com geotêxtil não tecido; • Escavação do colchão de areia e execução dos poços de bombeamento; • Implantação da instrumentação geotécnica (placas de recalque; inclinômetros; e
piezômetros); • Lançamento da geogrelha de alta resistência nos bordos do aterro; • Execução do alteamento do aterro (incluindo as bermas); • Monitoramento da instrumentação geotécnica para definição do tempo do novo
alteamento; • Liberação do próximo alteamento.
Tabela 2 – Evolução dos recalques – área “A” Situação Tempo
(meses) Cota do Aterro
(m) - Antes da construção do aterro 0(-) 1,60 - Início do 1º alteamento (H = +1,30m) 0(+) 2,90 - Final do 1º alteamento 3(-) 2,15 - Início do 2º alteamento (H = +2,00m) 3(+) 4,15 - Final do 2º alteamento 6(-) 3,14 - Início do 3º alteamento (H = +3,50m) 6(+) 6,64 - Final do 3º alteamento 9(-) 5,79 - Início do 4º alteamento (H = +4,50m) 9(+) 10,29 - Final do 4º alteamento 12 9,66
Fig. 7 – Superfície crítica da quarta etapa de alteamento – bordo externo da área “A” 7. INSTRUMENTAÇÃO GEOTÉCNICA DOS ATERROS 7.1. Dimensionamento Para o acompanhamento do desempenho dos aterros sobre solos moles e com isso permitir a liberação de cada etapa de alteamento, foi implantada uma instrumentação geotécnica nas áreas “2”, “A”, “4” e “5”. A instalação dos instrumentos foi feita a partir de Junho de 2008 e o monitoramento foi feito de modo periódico entre Agosto de 2008 e Novembro de 2010. A maior parte da instrumentação continua apta para o monitoramento, já que está localizada próxima aos bordos dos aterros, onde ainda não há obras civis. A Figura 8 apresenta a locação da instrumentação na área “A”. A Tabela 3 apresenta os instrumentos instalados em cada aterro.
Fig. 8 – Locação da instrumentação geotécnica – área “A”
PR-12
I-09
Tabela 3 – Instrumentação geotécnica dos aterros
Aterro Quantidade
Inclinômetros Piezômetro
Elétrico Piezômetro Casagrande
Placa de Recalque*
“2” e “A” 13 06 02 23 “4” 04 06 02 20 “5” 06 07 02 17
* foram instaladas duas referências de nível em cada aterro (bench-mark) 7.2. Desempenho do aterro – área “A” No período de monitoramento (cerca de 28 meses) foram feitas cerca de 100 medições dos instrumentos. A Figura 9 apresenta a evolução do recalque de alguns pontos da área “A”. Observa-se que ao final do período, o aterro já apresentava sinais de estabilização, comprovando a eficiência da solução adotada. Durante todas as etapas de alteamento não houve problemas de estabilidade dos aterros, e a solução atendeu plenamente às expectativas da etapa de terraplanagem da obra. A Figura 10 apresenta os resultados do deslocamento horizontal do inclinômetro I-09, localizado próximo ao bordo do aterro. Observa-se ao final do período um deslocamento máximo de 363mm na cota -1,00. Nesse mesmo local, a placa de recalque PR19 apresentou um recalque de 975mm. Os piezômetros elétricos não apresentaram um desempenho satisfatório em quase todos os aterros. Os piezômetros tipo Casagrande foram instalados fora da área dos aterros, apenas para medição e controle do nível freático.
Fig. 9 – Evolução dos recalques – área “A”
Fig. 10 – Evolução dos deslocamentos horizontais do inclinômetro I-09 – área “A”
7.3. Desempenho previsto versus medido – área “A” A Figura 11 apresenta a evolução do recalque prevista no projeto e a medida pela instrumentação (placa PR-12). Observa-se que o projeto previu de modo satisfatório o comportamento do aterro, ainda que o recalque previsto tenha sido o dobro do valor medido.
Fig. 11 – Evolução dos recalques previstos e medidos – placa PR12 – área “A”
SOLO MOLE ATERRO SILTE
SET/2008
NOV/2010
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS O trabalho apresentou um caso de obra de aterros com grande altura sobre solos moles construído em etapas, onde todo o alteamento do aterro foi condicionado aos resultados da instrumentação geotécnica implantada. O projeto envolveu o uso intensivo de geossintéticos em várias funções (separação, drenagem, filtração e reforço) e o resultado foi plenamente satisfatório. Durante todas as etapas não houve problemas de estabilidade dos aterros e a solução atendeu plenamente aos requisitos técnicos dos aterros, bem como às expectativas da etapa de terraplanagem da obra. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer a Petrobras e ao Consórcio JBR / Consulplan / Geosistemas pela permissão para divulgação dos dados da obra. DADOS DA OBRA
• Descrição: Refinaria Abreu e Lima – Ipojuca / PE • Proprietário: Petrobras S/A • Projetista: Consórcio JBR / Consulplan / Geosistemas • Construtora: Consórcio Odebrecht / OAS / Camargo Corrêa / Queiroz Galvão • Fornecedor: Huesker