soluções de estabilização de taludes junto a plataformas ... · i agradecimentos a presente...

Soluções de estabilização de taludes junto a

plataformas ferroviárias

Caso de estudo: Estabilização de taludes na Linha do Oeste

Joel Lázaro Lucas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Orientador:

Professor Alexandre da Luz Pinto

Júri

Presidente: Professor Doutor Jaime Alberto dos Santos

Orientador: Professor Alexandre da Luz Pinto

Vogal: Professora Doutora Teresa Maria Bodas Freitas

Outubro de 2016

[folha em branco]

“A inteligência de uma pessoa pode ser medida pela quantidade de incerteza que consegue

gerir.”

Immanuel Kant

[folha em branco]

i

Agradecimentos

A presente dissertação não poderia ter sido realizada sem o precioso apoio e incentivo de várias

pessoas e entidades, às quais quero deixar os meus profundos agradecimentos.

Em primeiro lugar, quero expressar a minha imensa gratidão aos meus familiares próximos,

peças basilares nesta etapa que agora se encerra. Aos meus pais, Teresa e Raúl, por me

forneceram as ferramentas necessárias para enfrentar os obstáculos que possam surgir no meu

caminho, pelo carinho e amor incondicional, pela compreensão, exigência e pelo apoio dado em

todas as decisões que tomei. Ao meu irmão João, pela amizade e carinho e por me mostrar a

importância de seguir os nossos sonhos e de fazer tudo até os concretizarmos.

Ao meu orientador, Alexandre Pinto pela oportunidade que me proporcionou de abordar este

tema, pela orientação e disponibilidade competentemente prestadas, por todos os

esclarecimentos e incentivos e pelo apoio e confiança, peças fulcrais para a concretização desta

etapa de valorização pessoal.

À IP – Infraestruturas de Portugal nas pessoas do Eng.º António Prata e Ricardo Ferreira, um

importante agradecimento formal, pela autorização para o acompanhamento da obra e por todos

os documentos disponibilizados.

À Teixeira-Duarte na pessoa do Eng.º Jorge Dinis, pelos esclarecimentos técnicos prestados ao

longo de todas as etapas do processo construtivo.

À Diana Santos, pelo carinho e amizade, cumplicidade e companheirismo ao longo de grande

parte deste trabalho e da minha vida. Pela sua presença constante e por me incentivar a progredir

e a desafiar-me tanto profissionalmente como pessoalmente.

À Inês Ponces, pela inabalável persistência, amável disponibilidade, rigoroso incentivo e pelas

valiosas contribuições que foram fundamentais para a conclusão do presente trabalho.

E por fim, mas não menos importante, aos meus colegas de curso, Rita Delfim e Gonçalo David

pela amizade, camaradagem e partilha de conhecimento ao longo dos cinco anos de curso. Foi

um prazer percorrer este caminho convosco.

ii

[folha em branco]

iii

Resumo

Devido à falta de flexibilidade no traçado e às dificuldades inerentes ao mesmo, a rede ferroviária

está, por norma, localizada em zonas de risco do ponto de vista geotécnico: taludes de aterro

e/ou escavação e emboquilhamentos de túneis entre outros. Neste contexto podem ocorrer

instabilizações de massas de solo que representam um perigo eminente para passageiros e

mercadorias e que ameaçam o funcionamento das infra-estruturas ferroviárias.

Esta dissertação surge com base na obra de estabilização de dois taludes na Linha do Oeste no

troço Mafra-Gare – Sapataria e pretende contribuir para a análise e compreensão das soluções

de estabilização de taludes junto a plataformas ferroviárias, tendo em consideração as

condicionantes únicas e a dificuldade de aplicação de métodos construtivos que não afectem a

circulação.

Pretende-se com este estudo realizar uma compilação de conhecimento acerca dos principais

factores causais de instabilidade em taludes, das principais soluções preconizadas e das

principais dificuldades sentidas em obra. Para tal efectou-se o acompanhamento da obra de

estabilização de taludes na Linha Oeste, acompanhando a implementação das soluções

preconizadas no projecto e fazendo uma recolha e análise comparativa da instrumentação.

Por fim efectou-se uma modelação de parte da solução no programa de elementos finitos Plaxis

2D, a fim de comparar os deslocamentos medidos pela instrumentação com os obtidos por via

de modelação.

O estudo efectuado demonstrou coerência nos deslocamentos obtidos e permitiu concluir que as

intervenções feitas nos taludes contribuíram para o aumento do factor de segurança (FS ≥ 1,50).

Palavras-Chave: Estabilidade de Taludes, Plataformas Ferroviárias, Microestacas, Muros de

Munique, Modelação Geotécnica

iv

[folha em branco]

v

Abstract

Rail transportation is one of the most used methods for transference of passengers and

economical goods. The railway layout design is characterized by an extreme lack of flexibility,

often leading to the intersection of sensible areas from a geotechnical risk point of view. This can

lead to the occurrence of soil movements that can represent an imminent danger to passenger

and goods and threaten the normal operation of railway infrastructures.

The present work arises from a slope instability incident that happened at Linha do Oeste railway,

near Mafra-Gare station and Sapataria tunnel. Several slope stabilization solutions were executed

including retaining and draining structures, while taking into account the specific constraints of

this particular problem: on-site accessibility, geological-geotechnical and conditions and the

impossibility of interrupting the railway service.

This study aims to make a compilation of knowledge on the main causal factors of instability on

slopes, the main solutions available and the major difficulties in their implementation. Therefore

it is presented a case study of the implementation of two retaining walls near Linha do Oeste

railway. Based on the information collected on the field and the monitoring of the construction

works, a comparative analysis of the instrumentation and a report describing the work’s evolution

were made and are presented.

It was also carried out a numerical modeling of part of the retaining structure using the finite

element software Plaxis 2D, in order to assess the quality of the results compared to the on-site

monitoring.

The results showed consistency in the obtained displacements and allowed to conclude that the

works of stabilization contributed to the improvement slope’s safety factor (FS ≥ 1,50).

Keywords: Slope Stability, Railway, Micropiles, Retaining Walls, Geotechnical Model

vi

[folha em branco]

vii

Índice Geral

1. Introdução .................................................................................................................................. 1

1.1. Enquadramento Geral ................................................................................................... 1

1.2. Objetivos da Dissertação .............................................................................................. 2

1.3. Estrutura da Dissertação ............................................................................................... 2

2. Estabilidade de Taludes ........................................................................................................ 3

2.1. Considerações Gerais ................................................................................................... 3

2.2. Evolução Geomorfológica de Taludes .......................................................................... 4

2.2.1. Erosão ................................................................................................................... 4

2.2.2. Movimentos de Massa........................................................................................... 5

2.3. Influência das Características Geológicas e Ambientais .............................................. 8

2.3.1. Litologia e Descontinuidades ................................................................................ 8

2.3.2. Hidrogeologia e Clima ........................................................................................... 9

2.3.3. Vegetação ........................................................................................................... 10

2.4. Principais Causas de Instabilidade ............................................................................. 11

2.5. Análise da Estabilidade de Taludes ............................................................................ 14

2.5.1. Métodos de Equilíbrio Limite ............................................................................... 15

2.5.2. Métodos de Análise em Tensão-Deformação ..................................................... 16

2.6. Soluções de Estabilização de Taludes........................................................................ 19

2.6.1. Generalidades ..................................................................................................... 19

2.6.2. Alteração da Geometria do Talude ..................................................................... 21

2.6.3. Drenagem ............................................................................................................ 23

2.6.4. Reforço com Inclusões ........................................................................................ 24

2.6.5. Estruturas de Suporte.......................................................................................... 34

2.6.6. Muros de Suporte ................................................................................................ 34

2.6.7. Paredes de Contenção ........................................................................................ 36

2.6.8. Protecção Superficial ........................................................................................... 39

3. Caso de Estudo – Estabilização de Taludes na Linha do Oeste ........................................ 43

3.1. Enquadramento Geral e Elementos de Base .............................................................. 43

3.2. Principais Condicionantes ........................................................................................... 45

3.2.1. Condições de vizinhança .................................................................................... 45

viii

3.2.2. Enquadramento Geológico-Geotécnico .............................................................. 46

3.3. Solução Proposta ........................................................................................................ 50

3.3.1. Muro M1 .............................................................................................................. 50

3.3.2. Muro M2 .............................................................................................................. 51

3.3.3. Faseamento Construtivo ..................................................................................... 52

3.4. Plano de Instrumentação e Observação ..................................................................... 52

3.4.1. Generalidades ..................................................................................................... 52

3.4.2. Grandezas mdidas .............................................................................................. 53

3.4.3. Meios para a medição ......................................................................................... 53

3.4.4. Características dos aparelhos ............................................................................. 55

3.4.5. Frequência das leituras ....................................................................................... 56

3.4.6. Critérios de alerta e alarme ................................................................................. 56

3.4.7. Medidas de reforço .............................................................................................. 57

3.5. Evolução da Obra ........................................................................................................ 58

3.5.1. Talude de Mafra-Gare ......................................................................................... 58

3.5.2. Talude do Túnel da Sapataria ............................................................................. 62

3.5.3. Problemas de Execução e Alterações ao Projecto ............................................. 67

4. Modelação Numérica........................................................................................................... 71

4.1. Solução Modelada ....................................................................................................... 71

4.1.1. Definição da geometria........................................................................................ 71

4.1.2. Características dos materiais .............................................................................. 72

4.1.3. Faseamento construtivo e cálculos ..................................................................... 74

4.1.4. Análise de Resultados ......................................................................................... 75

5. Considerações Finais .......................................................................................................... 78

5.1. Conclusões .................................................................................................................. 78

5.2. Desenvolvimentos Futuros .......................................................................................... 79

Referências Bibliográficas ........................................................................................................... 80

Anexos ......................................................................................................................................... 83

Anexo I – Peças Desenhadas ................................................................................................. 84

Anexo II – Descrição do faseamento construtivo .................................................................... 91

Anexo III – Representação da modelação .............................................................................. 93

ix

Anexo IV – Evolução da Instrumentação ................................................................................ 98

x

[folha em branco]

xi

Índice de Figuras

Figura 1 - Erosão superficial em talude (Madruga, 2002) ............................................................. 4

Figura 2 - Desmoronamento provocado por erosão diferencial (Guerra, 2008) ........................... 5

Figura 3 - Efeito da orientação desfavorável das descontinuidades (Guerra, 2008).................... 6

Figura 4 - Escorregamento planar ou linear (Guerra, 2008) ......................................................... 6

Figura 5 - Escorregamento rotacional (Guerra, 2008) .................................................................. 7

Figura 6 - Esquema de um mecanismo de instabilização por fluimento (Guerra, 2008) .............. 8

Figura 7 - Influência da orientação das descontinuidades na estabilidade de taludes ................ 9

Figura 8 – Interacção solo-água-vegetação em taludes (adaptado de Greenway, 1987) .......... 10

Figura 9 – Variação temporal do Factor de Segurança (adaptado de Popescu, 1994) ............. 13

Figura 10 – Classificação para as causas de deslizamentos (adaptado de Popescu, 1994) .... 13

Figura 11 - Divisão de um meio contínuo numa malha de elementos finitos (Caldeira, 2012a). 17

Figura 12 – Malha de diferenças finitas (Caldeira, 2012b). ........................................................ 18

Figura 13 - Alteração da geometria de um talude (Oliveira, 2010) ............................................. 21

Figura 14 – Execução de banquetas intermédias (P. A. Carvalho, 1991) .................................. 22

Figura 15 - Escavação e aterro na estabilização de taludes (Oliveira, 2010) ............................ 22

Figura 16 – Tipos de drenagem: a) Drenagem superficial; b) Drenagem profunda ................... 24

Figura 17 – Sistema comercial de pregagem de tubo expansivo (G. Santos, 2014) ................. 25

Figura 18 - Sistema comercial de pregagem de célula expansiva (G. Santos, 2014) ................ 25

Figura 19 – Estabilização activa de um talude rochoso com ancoragens (A. Pinto, 2012) ........ 26

Figura 20 - Execução de Ancoragens (adaptado de Serki, 2014). ............................................. 27

Figura 21 - Obturador duplo para injecção IRS (S. Coelho, 1996) ............................................. 28

Figura 22 – Utilização de microestacas na estabilização de taludes (P. A. Carvalho, 1991) ..... 29

Figura 23 – Diferentes tipos de microestaca (adaptado de Shong & Chung, 2003) .................. 31

Figura 24 – Aplicabilidade do Jet Grouting face a outros tipos de injecção (Loureiro, 2008) .... 32

Figura 25 - Diferentes tipos de tecnologia (adaptado de Ehsanzadeh & Ahangari, 2014) ......... 33

Figura 26 - Exemplo de aplicação de um muro de gabiões (Conde&Ribeiro, 2012) .................. 34

Figura 27 – (1) T; (2) L; (3) Contrafortes; (4) Prateleira (adaptado de Brito, 2002) .................... 35

Figura 28 - Esquema ilustrativo de um muro em terra armada (Dyminski, 2007) ...................... 36

Figura 29 – Parede de Berlim junto a uma linha férrea (Almeida, Cruz, & Câmara, 2011) ........ 37

Figura 30 – Contenção com recurso a parede do tipo Munique (Almeida et al., 2011) ............. 38

Figura 31 – Faseamento construtivo de uma parede moldada (Almeida et al., 2011) ............... 39

Figura 32 – Solução de recobrimento vegetal com recurso a geomateriais (A. Pinto, 2012). ... 40

Figura 33 – Aplicação de pigmentos de coloração numa de betão projectado (A. Pinto, 2012) 41

Figura 34 – Aplicação de redes metálicas num talude rochoso (A. Pinto, 2012) ....................... 42

Figura 35 – Talude M1: Fotografia área do talude a intervir (JetSJ, 2011a) .............................. 43

Figura 36 – Talude M2: Fotografia área do talude a intervir (JetSJ, 2011a) .............................. 44

Figura 37 – Talude M1 visto da crista (JetSJ, 2011a) ................................................................ 45

Figura 38 - Emboquilhamento poente do túnel da Sapataria e taludes M2 (JetSJ, 2011a) ....... 46

Figura 39 – Extracto da Carta Geológica de Portugal n.34-A (JetSJ, 2011a) ............................ 47

xii

Figura 40 – Extracto da Carta Geológica de Portugal n.30-D (JetSJ, 2011a) ............................ 49

Figura 41 – Localização dos inclinómetros no talude de Mafra-Gare (JetSJ, 2013c). ............... 54

Figura 42 – Localização dos inclinómetros no talude do Túnel da Sapataria (JetSJ, 2013c). ... 54

Figura 43 – Furação e colocação dos perfis metálicos (JetSJ, 2013a) ...................................... 58

Figura 44 – Furação e selagem das microestacas (JetSJ, 2013a) ............................................. 59

Figura 45 – Execução da viga de coroamento (JetSJ, 2013a) ................................................... 59

Figura 46 - Execução da parede de contenção (JetSJ, 2013a) .................................................. 60

Figura 47 - Encamisamento das microestacas (JetSJ, 2013a) .................................................. 61

Figura 48 – Aspecto final do talude de Mafra-Gare (JetSJ, 2013a) ............................................ 61

Figura 49 – Escavação para a criação da plataforma de trabalho (JetSJ, 2013a) ..................... 62

Figura 50 – Projecção de betão reforçado com fibras metálicas (JetSJ, 2013a) ....................... 62

Figura 51 – Execução de microestacas no topo do talude (JetSJ, 2013a) ................................ 63

Figura 52 – Implantação dos módulos pré-fabricados (JetSJ, 2013a) ....................................... 64

Figura 53 – Preenchimento do espaço entre o terreno e a face dos módulos (JetSJ, 2013a) .. 64

Figura 54 – Reperfilamento do talude (JetSJ, 2013a) ................................................................ 65

Figura 55 – Furação no pé do talude em horário noturno (JetSJ, 2013a) .................................. 65

Figura 56 – Implantação e preenchimento do tardoz dos módulos (JetSJ, 2013a) ................... 66

Figura 57 – Aspecto final do talude da Sapataria (JetSJ, 2013a) ............................................... 66

Figura 58 – Pormenor na ligação entre microestacas e viga de coroamento (JetSJ, 2013a) .... 67

Figura 59 – Acabamento na ligação entre microestacas e viga de coroamento (JetSJ, 2013a) 68

Figura 60 – a) Juntas abertas; b) Juntas desfasadas (JetSJ, 2013a) ........................................ 68

Figura 61 – Selagem: a) Juntas desfasadas; b) Juntas abertas (JetSJ, 2013b) ........................ 69

Figura 62 – Selagem exterior e interior de juntas (JetSJ, 2013a) ............................................... 69

Figura 63 – Emboquilhamento do túnel da sapataria (JetSJ, 2013a) ......................................... 70

Figura 64 – Geometria do modelo............................................................................................... 72

Figura 65 – Malha de elementos finitos ...................................................................................... 73

Figura 66 – Configuração deformada do muro M1 no final da escavação ................................. 75

Figura 67 – Análise da evolução do FS para acções estáticas antes e depois da intervenção . 76

Figura 68 – Comparação de deslocamentos horizontais reais e resultantes da modelação ..... 76

Figura 69 – Solução tipo para o muro M1 (JetSJ, 2011c) .......................................................... 84

Figura 70 – Faseamento construtivo 1 (JetSJ, 2011c) ............................................................... 84

Figura 71 - Faseseamento construtivo 2 (JetSJ, 2011c) ............................................................ 85

Figura 72 - Faseamento construtivo 3 (JetSJ, 2011c) ................................................................ 85

Figura 73 – Faseamento construtivo 4 (JetSJ, 2011c) ............................................................... 85






Figura 79 – Pormenor ligação micro-estaca à parede (JetSJ, 2011c)........................................ 87

xiii

Figura 80 – Solução tipo para o muro M2 (JetSJ, 2011c) .......................................................... 88






Figura 86 – Pormenor construtivo (JetSJ, 2011c) ....................................................................... 90

Figura 87 - Fase 2 da modelação ............................................................................................... 93








Figura 95 - Fase 10 da modelação ............................................................................................. 95

Figura 96 - Fase 11 da modelação ............................................................................................. 96

Figura 97 - Deslocamentos hoizontais no solo ........................................................................... 96

Figura 98 - Deslocamentos verticais no solo .............................................................................. 96

Figura 99 - Deslocamentos totais no solo ................................................................................... 97

Figura 100 - Pontos de plastificação ........................................................................................... 97

Figura 101 – Desloc. horizontais, Esforço Axial, Transverso e Momento Flector na parede ..... 97

Figura 102 - Evolução da instrumentação ao longo da obra ...................................................... 98

Figura 103 – Corte geológico ...................................................................................................... 99

Figura 104 – Localização das sondagens realizadas ................................................................. 99

xiv

[folha em branco]

xv

Índice de Quadros

Quadro 1 – Causas de instabilização (Guerra, 2008) ................................................................. 12

Quadro 2 – Lista de factores causais de deslizamentos (adaptado de Popescu, 1994) ............ 14

Quadro 3 – Parâmetros geotécnicos para cada zona geotecnia (JetSJ, 2011a) ....................... 48

Quadro 4 – Parâmetros geotécnicos para a Camada de Freixial (JetSJ, 2011a) ...................... 49

Quadro 5 – Critérios de alerta e alarme definidos em projecto (JetSJ, 2011a). ......................... 57

Quadro 6 - Caracterização das zonas geoténicas modeladas ................................................... 73

Quadro 7 – Caracterização dos elementos resistentes .............................................................. 73

Quadro 8 – Etapas do processo construtivo modelado .............................................................. 74

xvi

[folha em branco]

xvii

Simbologia e Notação

bar - Unidade Medida de Pressão

c’ – Coesão Efectiva

E - Módulo de Deformabilidade

EA – Rigidez axial

EI - Rigidez de flexão

IGU - Injecção global Unitária

IRS - Injecção Repetitiva e Selectiva

𝐾𝑜 – Coeficiente De Impulso Em Repouso

mm - Unidade Métrica, Milímetros

|U| - Deslocamento total (Engloba deslocamento segundo xx e yy)

Ux – Deslocamento segundo xx (Horizontal)

Uy – Deslocamento segundo yy (Vertical)

w - Peso do elemento de parede por metro de desenvolvimento

φ’ – Ângulo de Resistência ao Corte Efectivo

ψ - Ângulo de Dilatância

𝑣𝑢𝑟 - Coeficiente de Poisson na descarga/recarga

γsat – Peso Volúmico do Solo Saturado

γunsat – Peso Volúmico do Solo

xviii

[folha em branco]

1

1. Introdução

1.1. Enquadramento Geral

O desenvolvimento das infra-estruturas de transportes contribuiu significativamente para o

desenvolvimento integrado das regiões e para a abertura das fronteiras económicas. O derivado

aumento da mobilidade permitiu desenvolver o comércio ajudando na redistribuição espacial da

população e na intensificação de fenómenos sociais, culturais e económicos como é o caso do

turismo e dos movimentos migratórios.

De entre todos os modos de transporte, o ferroviário assume-se como uma peça fundamental na

cadeia logística de operações que permite as trocas de bens comerciais e passageiros. Os

principais aspectos positivos deste meio de transporte são realçados com a crescente

preocupação com a poluição, com o aumento do preço dos combustíveis fósseis e com o

congestionamento e sinistralidade verificados nas estradas. Neste contexto, a via ferroviária

destaca-se como um meio economicamente vantajoso para o transporte de mercadorias

volumosas a médias-longas distâncias. O transporte ferroviário conheceu nas últimas décadas

sucessivas inovações que permitiram o aumento da comodidade e velocidade e a diminuição de

custos que associados à especialização de serviços conseguem garantir a competitividade face

ao transporte aéreo e rodoviário.

Foi previsto no Programa Plurianual da Rede Transeuropeia de Transportes que em 2020 a rede

ferroviária Europeia terá uma extensão total de 94.000 km, estando previstos a construção de

12.500 km e a modernização de 12.300 km (Rede Ferroviária de Alta Velocidade, 2008). O

mesmo documento prevê ainda, para o mesmo horizonte, um incremento de 2/3 para o tráfego

de mercadorias e uma redução anual de emissões de CO2 de 4% (6,3 milhões de toneladas)

com o aumento da competitividade do modo ferroviário. Em Portugal, a gestão e administração

da infra-estrutura ferroviária estatal está a cargo da IP – Infraestruturas de Portugal. A rede

nacional compreende cerca de 2800 km de via-férrea em corrente exploração. Devido à falta de

flexibilidade no traçado e às dificuldades inerentes ao mesmo, a rede está localizada em zonas

de risco do ponto de vista geotécnico: taludes de aterro e/ou escavação e emboquilhamentos de

túneis, entre outros. Neste contexto ocorrem instabilizações de massas de solo que representam

um perigo eminente para passageiros e mercadorias e que ameaçam o funcionamento das infra-

estruturas ferroviárias.

Esta dissertação surge com base na obra de estabilização de dois taludes na Linha Oeste no

troço Mafra-Gare – Sapataria e pretende contribuir para a análise e compreensão das soluções

de estabilização de taludes junto a plataformas ferroviárias, tendo em consideração as

condicionantes únicas e a dificuldade de aplicação de métodos construtivos que não afectem a

circulação.

2

1.2. Objetivos da Dissertação

A presente dissertação abrange um conjunto de objetivos. O propósito primário consiste na

análise e estudo das soluções de estabilização de taludes na proximidade de linhas ferroviárias,

tendo como base a dificuldade de implementação devido aos condicionalismos associados. Para

tal tornou-se primeiro necessário estudar os principais fatores e mecanismos teóricos de

instabilização em taludes terrosos e rochosos, bem como os principais métodos de cálculo.

Outro dos objetivos compreendeu o acompanhamento no local de uma obra onde foram

executadas soluções deste tipo, proporcionando um contacto direto com a realidade em campo

e com as dificuldades que vão surgindo no seu desenvolvimento e ainda comparar as soluções

preconizadas no projeto com as que foram efetivamente executadas.

Por fim, pretende-se ainda com este documento, realizar uma pequena modelação da solução

de estabilização preconizada. Este estudo visa a comparação de deslocamentos estimados com

recurso a ferramentas computacionais, face aos deslocamentos medidos em obra.

1.3. Estrutura da Dissertação

A estruturação deste documento materializou-se em quatro capítulos.

No primeiro capítulo faz-se um enquadramento geral e uma pequena introdução, explicitando os

objetivos propostos para o trabalho.

No segundo capítulo analisa-se o fenómeno de instabilização de taludes, explicitando os

principais fatores causais, definindo-se uma linguagem caracterizadora dos movimentos de

massa e apresentando, de forma resumida, os principais métodos para análise de estabilidade

de taludes. Para além disto, é feita ainda uma descrição das principais soluções usadas hoje em

dia para estabilização.

No terceiro capítulo apresenta-se o caso de estudo: “Estabilização de Taludes na Linha do

Oeste”. São analisadas as soluções propostas e principais condicionantes e descreve-se o

faseamento construtivo em obra, com base no acompanhamento presencial da mesma.

No quarto capítulo, procede-se à exposição da modelação da solução preconizada para o muro

M1 do talude de Mafra-Gare, bem como uma comparação com os deslocamentos medidos em

obra.

Por fim, no quinto capítulo, discutem-se alguns desenvolvimentos futuros e são descritas as

conclusões da dissertação.

3

2. Estabilidade de Taludes

2.1. Considerações Gerais

Para se compreender os fenómenos associados à instabilização de grandes massas de solo e

rocha torna-se primeiro necessário definir o termo talude. De uma forma geral, um talude é uma

superfície de solo exposta, que forma um determinado ângulo com o plano horizontal. Segundo

Wolle (1980), este termo é mais correctamente utilizado para definir encostas adjacentes a obras

de cariz linear extenso, como é o caso de linhas ferroviárias e rodovias. Esta classificação sugere

ainda a diferenciação entre taludes naturais e taludes resultantes da acção humana. Taludes

naturais são aqueles que resultam da acção conjunta de processos geológicos e ambientais,

como por exemplo a acção erosiva provocada por alterações climáticas e vegetação existente.

Os taludes de escavação e aterro encontram-se na outra designação desta classificação. São

exemplos de taludes resultantes de acção humana as barragens de terra e os aterros de rodovia

e resíduos sólidos.

Ao comportamento deficiente destas estruturas geotécnicas, estão todos os anos associados

elevados custos económicos, sociais e humanos. Segundo um estudo do geógrafo David Petley

(2012), entre 2004 e 2010 ocorreram cerca de 2620 deslizamentos que resultaram na morte de

mais de 30000 pessoas. Estes eventos ocorreram com maior incidência no Verão e Outono do

Hemisfério Norte, na época de monções quando existe um aumento exponencial da

pluviosidade, sendo a água o maior factor de instabilidade. Os prejuízos económicos ascendem

aos biliões de dólares e estas ocorrências são equiparadas a outros desastres naturais

catastróficos como tsunamis, sismos ou tornados.

Especificamente abordando a instabilização de massas nas imediações de linhas ferroviárias,

tem ocorrido ao longo dos anos vários acidentes que originaram perdas avolumadas e que

despertaram para a importância da implementação de soluções de estabilização adaptadas e

para o controlo instrumental dos taludes. Em Abril de 2010, em Merano, Itália ocorreu um

descarrilamento que provocou a morte de 9 pessoas e onde cerca de 28 pessoas ficaram feridas

(BBC News, 2010). O acidente ocorreu na sequência da obstrução da linha com material

proveniente do talude adjacente. Em Portugal, são inúmeros os problemas que tem surgido

devido à oclusão das linhas ferroviárias com solo e blocos rochosos, sobretudo na linha do

Douro. A 25 de Dezembro de 2009, entre o Tua e o Pocinho ocorreu uma derrocada, obstruindo

a linha por completo e danificando-a numa extensão entre 20 a 30 metros (E. Pinto, 2009).

Estamos portanto perante um tema de estudo de uma enorme relevância e torna-se necessário

estudar as causas e os mecanismos de rotura e desenvolver soluções de estabilização que

mitiguem os inconvenientes associados e que tenham um bom comportamento durante o período

de vida útil.

4

2.2. Evolução Geomorfológica de Taludes

A evolução das formas do relevo está, de uma forma geral, relacionada com os mecanismos de

erosão, de movimentos do terreno ou da associação dos dois.

2.2.1. Erosão

Entende-se por erosão o mecanismo que consiste na desagregação das formações geológicas

pelos agentes de dinâmica externa e no subsequente arrastamento dos produtos resultantes.

Em formações friáveis, a erosão tende a progredir de forma rápida à alteração da geometria do

talude, levando à formação de depósitos de material desagregado no pé do mesmo. Estes

depósitos são de forma geral estáveis, desde que o seu equilíbrio não seja perturbado

apreciavelmente. Este fenómeno é observado em taludes de escavação de estradas e vias

férreas, quando após as primeiras chuvadas, se formam ravinas de erosão que podem atingir

profundidades consideráveis capazes de comprometer a estabilidade da estrutura (Figura 1).

Um outro fenómeno muito comum é o da erosão diferencial, que ocorre em taludes formados por

estratos litologicamente diferentes. A erosão das camadas mais brandas, como as constituídas

por argilas e margas, é muito acelerada, como consequência da expansibilidade destes materiais

em relação aos que os encaixam. A erosão diferencial pode levar a movimentos de massa do

tipo desmoronamento, como é ilustrado mais à frente nesta dissertação.

A erosão interna (piping) apesar de ser menos frequente, é também de igual importância para a

estabilidade de um talude. Este mecanismo ocorre em estreita ligação com o regime

hidrogeológico do maciço e com a erodibilidade das formações, ocorrendo geralmente em

formações sedimentares com grandes contrastes de permeabilidade e com elevadas forças de

percolação.

Figura 1 - Erosão superficial em talude (Madruga, 2002)

5

2.2.2. Movimentos de Massa

A necessidade de uma terminologia consensual para a classificação de movimentos de massa é

de extrema importância para que possa haver um diálogo entre todas as partes que estudam

estas matérias. Porém estes movimentos são bastante complexos devido à grande variedade de

materiais e processos envolvidos, o que levou ao aparecimento de várias classificações, por

vezes contraditórias mas que têm em conta parâmetros comuns como a velocidade, o

mecanismo do movimento, a geometria, as características dos materiais, o modo de deformação

e a quantidade de água.

Sharpe (1938), Varnes (1958), Hutchinson (1967) e Skempton e Hutchinson (1969) contribuíram

para o estudo e classificação destes movimentos sugerindo esquemas, classes e ilustrações de

casos reais. Porém nesta dissertação, irá utilizar-se a classificação proposta por Bromhead

(1992) que é baseada no sistema desenvolvido por Skempton e Hutchison. Segundo esta

classificação os movimentos são divididos em três classes diferentes: Desmoronamentos (falls),

Escorregamentos (slides) e Fluimentos (flows).

2.2.2.1. Desmoronamentos (falls)

Os desmoronamentos ocorrem normalmente em taludes muito íngremes ou em zonas de falésia

com face vertical. Estes movimentos compreendem o despreendimento de material de uma

matriz rochosa mãe ou de uma massa de solo. O fenómeno ocorre devido a um movimento de

deslizamento inicial que provoca o aparecimento de superfícies de corte em resposta à acção

gravítica (peso do bloco). Os desmoronamentos podem ser motivados por processos de

meteorização, na acção da vegetação ou na orientação desfavorável de descontinuidades

existentes no maciço. Durante a movimentação o material é projectado da face e só volta a entrar

em contacto com a mesma apenas pontualmente ou de forma intermitente até repousar na base

do talude. Tendo em conta a natureza estratigráfica da superfície terrestre, os desmoronamentos

podem ocorrer devido à degradação de camadas mais susceptíveis a um nível inferior no talude.

Esta degradação pode ocorrer devido à acção erosiva das ondas, rios, caudais subterrâneos ou

escavações descuidadas. Na Figura 2 é representado de forma esquemática o fenómeno da

erosão diferencial.

Figura 2 - Desmoronamento provocado por erosão diferencial (Guerra, 2008)

6

A degradação da camada de grés faz com que o bloco de calcário fique apoiado em consola e

devido à acção do seu peso próprio, provoque a formação de uma superfície de rotura. A

potenciação da rotação do bloco faz aumentar os esforços até que o equilíbrio se perca e se dê

o desprendimento total.

Em maciços rochosos fragmentados, a orientação desfavorável das descontinuidades

prepotência também a queda de blocos, como se verifica na Figura 3.

Figura 3 - Efeito da orientação desfavorável das descontinuidades (Guerra, 2008)

2.2.2.2. Escorregamentos (slides)

A ocorrência de escorregamentos implica que o movimento ocorra ao longo de uma superfície,

mantendo-se o contacto entre o material em deslocamento, que pode ser solo ou rocha, e o

maciço de origem. Em geral, os escorregamentos são de natureza translacional, envolvendo

apenas movimento segundo uma superfície linear (Figura 4). Estas superfícies são geralmente

definidas e condicionadas por estruturas geológicas planares em maciços rochosos, como por

exemplo as descontinuidades, a xistosidade e a foliação.

Figura 4 - Escorregamento planar ou linear (Guerra, 2008)

7

Em maciços rochosos menos competentes e em solos, onde não existam anisotropias marcadas,

as superfícies de movimento podem ocorrer através da massa rochosa ou de solo, tendo

tendência para seguir uma superfície curva de corte. Estes movimentos são denominados como

rotacionais, uma vez que o material instabilizado pode ter a propensão para rodar segundo um

eixo (Figura 5). Em solos moles e uniformes a superfície de deslizamento aproxima-se bastante

da forma circular, porém a presença de diferentes litologias em estratificação pode causar o

achatamento do escorregamento.

Figura 5 - Escorregamento rotacional (Guerra, 2008)

2.2.2.3. Fluimentos (flows)

Um fluimento é um movimento de massa caracterizado pela ocorrência de distorções internas

importantes quando em comparação com um escorregamento. O movimento é descrito por um

número enorme de superfícies de cisalhamento e por a massa em deslocamento poder ter um

elevado teor em água. Como tal, o material em movimento comporta-se como um líquido muito

viscoso, sendo o fluimento uma movimentação lenta e contínua.

Em solos argilosos, para haver a ocorrência de fluimentos, o teor em água tem que ser bastante

superior ao limite de liquidez. Se não se verificar um teor em água suficiente, poderá existir a

tendência para a formação de superfícies de corte basais e a classificação do movimento recair

na classe escorregamento. No entanto os fluimentos também podem ocorrer em solos sem

coesão, não dependendo neste caso do teor em água, podendo ocorrer em areias e siltes secos.

O material resultante de escorregamentos e desmoronamentos também pode ter comportamento

de fluido viscoso, especialmente se houver a integração de ar ou água no movimento. Nestes

casos podem desenvolver-se pressões intersticiais e colisões entre o material de escombro

resultante que pode provocar um efeito análogo ao movimento intermolecular em fluidos. Pode

então dividir-se os fluimentos em três subcategorias:

Mud Flows – fluxo de solo coesivo com alto teor em água, velocidade relativa média e

com alto poder destrutivo (Figura 6);

Earth Flows – fluxo de solo não coeso com baixo teor em água e velocidade relativa

baixa;

8

Debris Flows – movimento de material predominantemente grosseiro constituído por

blocos rochosos e que apresenta o maior poder destrutivo.

Os fluimentos são dos movimentos de massa com maiores volumes de material envolvido e com

maiores raios de alcance, apresentando por isso um alto potencial destrutivo.

Figura 6 - Esquema de um mecanismo de instabilização por fluimento (Guerra, 2008)

É de notar a dificuldade e ambiguidade inerente à classificação dos movimentos de massa, em

parte por se tratar de fenómenos complexos com muitas variáveis envolvidas. As barreiras que

dividem umas classificações das outras são ténues, podendo até um tipo de movimento se

transformar noutro como já foi descrito. É claro que este sistema de classificação não possui

uma aplicação universal, no entanto o objectivo deste trabalho não é desenvolver a terminologia,

mas sim apresentar um método de aplicação expedita e de fácil compreensão. O sistema aqui

apresentado é aplicável não só para taludes naturais mas também para os resultantes da acção

humana.

2.3. Influência das Características Geológicas e Ambientais

Como em qualquer estrutura de cariz geotécnico, o conhecimento geológico das características

dos maciços que constituem os taludes, fornece informação fundamental para a concepção de

soluções que mitiguem o risco de instabilização.

Através de disciplinas como a Geomorfologia, a Litologia e a Hidrogeologia e ainda o estudo do

clima, é possível analisar os fenómenos que condicionam a evolução dos taludes, detectar zonas

prestes a instabilizar e estudar os mecanismos responsáveis.

2.3.1. Litologia e Descontinuidades

A Litologia infere sobre os constituintes das formações e como tal sobre as características

resistentes do material. O conhecimento da alterabilidade dos terrenos é também bastante

relevante, uma vez que quanto maior a alteração, menor é a coesão e como tal existe uma

9

diminuição na resistência. Torna-se portanto necessário definir o material constituinte do talude

e complementar, sempre que possível, com ensaios adequados.

Em taludes rochosos, a presença de descontinuidades define em grande parte a resistência e

estabilidade do mesmo. A designação descontinuidade engloba qualquer interrupção na

continuidade física de um determinado maciço. São exemplos as diáclases, falhas, planos de

xistosidade, de clivagem, superfícies de estratificação, entre outras. O estudo destas

descontinuidades e das suas características geométricas, físicas e mecânicas permite inferir

sobre a qualidade do maciço e o risco de ocorrerem instabilizações. Na Figura 7 ilustra-se o

efeito da orientação desfavorável de descontinuidades.

Figura 7 - Influência da orientação das descontinuidades na estabilidade de taludes

2.3.2. Hidrogeologia e Clima

Um dos maiores factores associados à instabilização de taludes é a água. Os taludes estão

expostos aos factores climatéricos como a chuva, o vento e a neve. A água que precipita sobre

um talude pode escorrer sobre a sua superfície ou infiltrar-se. Se a precipitação for pouca a água

tende a escorrer no topo talude originando erosão superficial, como foi apresentado no ponto

2.2.1. Por outro lado, se ocorrerem precipitações volumosas a água tende a infiltrar-se no terreno,

percolando vertical e lateralmente até ao pé do talude, aumentando o teor em água.

A presença de água num talude aumenta significativamente o risco de instabilidade,

resumidamente:

A resistência é diminuída pelo efeito das pressões intersticiais;

A percolação de água gera forças geralmente desfavoráveis à estabilidade do talude;

A percolação pode conduzir à meteorização/alteração de certos constituintes químicos

e/ou ter uma acção de elemento expansivo;

A variação da quantidade de água provoca a variação do peso e como tal altera-se

também o estado de tensão.

10

É portanto fácil observar-se que as condições hidrogeológicas e climatéricas têm um

papel determinante na estabilidade dos taludes, sendo a água o principal factor

associado a instabilizações.

2.3.3. Vegetação

A vegetação em taludes pode ter um papel importante, constituindo uma camada de protecção

que afecta a transferência de água entre a atmosfera e o terreno. A folhagem superficial e a

matéria orgânica presente nos terrenos funcionam como uma camada de amortecimento contra

a água da chuva, vento ou impactos mecânicos. Esta vegetação reduz também o fluxo de água

superficial e a sua velocidade, diminuindo por consequente a erosão superficial.

As raízes da vegetação contribuem ainda para o reforço, ancoragem e aumento da resistência

do solo através de um aumento da coesão na zona solo-fibras, promovendo ainda a absorção

de água. A presença destas raízes num talude pode constituir um reforço mecânico do solo caso

as raízes intersectem as superfícies de deslizamento potenciais.

No entanto nem todos os efeitos de coberturas vegetais são positivos. As raízes instaladas em

descontinuidades abertas de rochas podem levar à instabilidade dos maciços devido ao seu

crescimento. Para árvores de grandes dimensões poderá ainda existir um efeito de sobrecarga

ou forças dinâmicas transmitidas aos terrenos devido à acção do vento sobre a vegetação.

Figura 8 – Interacção solo-água-vegetação em taludes (adaptado de Greenway, 1987)

Em solos expansivos, a existência de vegetação e raízes pode promover uma redução excessiva

da humidade do solo. Este fenómeno pode promover o aparecimento de fendas de tracção, o

que para além de provocar um aumento das pressões intersticiais, pode ainda criar uma acção

1 – Intercepção: Absorção e

transpiração

2 – Infiltração

3 – Absorção pelas raízes

4 – Fendas de tracção

5 – Reforço do solo pelas raízes

6 – Ancoragem

7 – Sobrecarga

8 – Acção do vento

9 – Diminuição da erosão

superficial

11

de pressões hidrostáticas na água contida na fenda, levando a uma diminuição considerável da

estabilidade do talude

A Figura 8 resume de forma geral a interacção solo-água-vegetação.

2.4. Principais Causas de Instabilidade

Em qualquer talude, seja ele natural ou originado pela acção humana, existem forças que

promovem os movimentos de instabilização e forças que se lhe opõem. O coeficiente de

segurança (Fs) de um talude é definido como o quociente entre a resistência ao corte do terreno,

ao longo de uma determinada superfície de rotura e a tensão instalada.

Através desta definição geral, Terzaghi (1950) classificou as causas de deslizamento em dois

tipos:

Causas Internas – acções actuando no interior do maciço e que resultam na redução da

resistência ao corte;

Causas Externas – acções que actuam exteriormente ao talude e que conduzem a um

incremento das tensões de corte.

Existem também causas que afectam os dois termos do factor de segurança, diminuindo a

resistência interna e aumentando as acções externas, simultaneamente. Estas causas podem

ser denominadas como causas intermédias e estão associadas a acções exteriores que

desencadeiam mecanismos de instabilização no interior do talude.

No Quadro 1 é apresentado um resumo global das principais causas de instabilização em

taludes.

No entanto, a ocorrência de um deslizamento raramente depende de uma causa apenas, sendo

o factor de segurança (Fs) variável ao longo do tempo. O conceito de factor de segurança é útil

na distinção clara entre taludes estáveis e não estáveis. Contudo, do ponto de vista físico, torna-

se mais claro separar a evolução de um talude em três fases: estável, marginalmente estável e

activamente instável (Crozier, 1986).

Um talude estável é aquele em que o factor de segurança é suficientemente elevado para resistir

a todas as acções sem instabilizar. Do ponto de vista de dimensioanemto, consideram-se

estáveis taludes com um factor de segurança superior a 1,5. Os taludes marginalmente estáveis

são definidos como taludes que eventualmente vão entrar em rotura devido a forças

desestabilizadoras com um certo grau de actividade ou intensidade. São taludes que estão em

iminência de colapso sendo o factor de segurança igual a 1,0. Por fim, os taludes instáveis são

caracterizados pela ocorrência de movimentos em contínuo ou em intermitência.

12

Quadro 1 – Causas de instabilização (Guerra, 2008)

Causas Externas

Aumento da inclinação dos taludes, por escavação ou por erosão agentes de meteorização;

Aumento da altura do talude, devido a escavação no pé ou aterro na crista;

Aplicação de sobrecargas;

Variação sazonal da temperatura e humidade, podendo originar abertura de fendas de tracção;

Acção sísmica ou vibrações induzidas nos terrenos;

Erosão superficial;

Efeito da vegetação.

Causas Internas

Aumento das pressões intersticiais;

Aumento das tensões de origem tectónica;

Degradação da resistência do material.

Causas Intermédias

Rebaixamento rápido do nível das águas exteriores;

Erosão interna;

Liquefacção.

O enquadramento de um determinado talude nestas três fases de estabilidade, permite identificar

dois grupos de processos responsáveis pelos deslizamentos:

Processos preparatórios: tornam o talude susceptível à rotura sem nunca a

desencadear, mantendo-o na fase marginalmente estável;

Processos de desencadeamento: despoletam a rotura e o movimento, fazendo a

transição entre a fase marginalmente estável e a activamente instável.

Um determinado processo tanto pode ser classificado de preparatório como de

desencadeamento, ou simultaneamente de ambos, dependendo da sua actividade, intensidade

e da margem de redução do factor de segurança.

Apesar de poder ser possível identificar um único processo de desencadeamento de um

deslizamento, normalmente as roturas estão associadas a um leque vasto de processos e

condições de preparação e variáveis de despoletamento.

Na Figura 9 é possível observar um exemplo possível da variação temporal de Fs para um

determinado talude.

13

Figura 9 – Variação temporal do Factor de Segurança (adaptado de Popescu, 1994)

Neste exemplo apresentado por Popescu (1994) os processos preparatórios podem ser

identificados como a meteorização, a chuva intensa e persistente e a erosão no pé do talude,

sendo o factor de desencadeamento responsável pela rotura a sobrecarga no talude. Com base

na definição destes processos, Popescu (1994) definiu um sistema simples de classificação para

os factores causais de instabilização, agrupando-os em quatro classes distintas: condições do

solo/maciço, processos geomorfológicos, processos físicos e processos resultantes da

actividade do homem.

Nesta classificação é importante distinguir as condições inerentes ao terreno das restantes três

classes, pois estas são função das características específicas do sistema talude e definem o

quadro sobre o qual as restantes actuam, não podendo portanto ser tomadas como factores de

desencadeamento. Esta classificação divide as causas de deslizamento de acordo com o efeito

(preparatório ou de desencadeamento) e a sua natureza, podendo ser aplicada à generalidade

dos deslizamentos.

Figura 10 – Classificação para as causas de deslizamentos (adaptado de Popescu, 1994)

14

No Quadro 2 são listadas algumas das causas mais comuns para a ocorrência de deslizamentos,

segundo o método proposto por Popescu (1994) e em complemento das apresentadas no

Quadro 1.

Quadro 2 – Lista de factores causais de deslizamentos (adaptado de Popescu, 1994)

Condições do Terreno

Processos Geomorfológicos

Processos Físicos

Acção Humana

Orientação desfavorável de descontinuidades;

Contrastes de permeabilidade entre camadas;

Contrastes de rigidez;

Material plástico, sensível ou alterado.

Erosão lateral;

Erosão interna;

Deposição de materiais na crista do talude;

Remoção de vegetação (erosão e fogo florestal).

Chuva intensa de curta ou de longa duração;

Acção Sísmica;

Expansão e contracção de solos;

Erupções vulcânicas;

Ciclos de gelo/degelo.

Escavação do pé do talude;

Sobrecarga na crista;

Manutenção deficiente do sistema de drenagem;

Remoção da vegetação (desflorestação);

Abertura de minas ou galerias;

Infiltração de águas resultantes de tubagens danificadas;

Vibração artificial (tráfego, maquinaria pesada, cravação de estacas, etc.).

Estas causas são válidas para a globalidade dos taludes, quer sejam naturais ou resultantes da

acção humana, estando incluídos os taludes junto a plataformas ferroviárias. Especificamente

para estes últimos, é de destacar o efeito da vibração provocado pela passagem repetida de

comboios. A vibração introduzida no terreno provoca a aceleração das partículas, resultando na

transmissão de cargas dinâmicas.

2.5. Análise da Estabilidade de Taludes

O estudo da estabilidade é primordial e começa com a necessidade de explicação dos

deslizamentos das vertentes naturais. No século XX, a evolução do conhecimento nesta área

intensificou-se devido à ocorrência de acidentes em obras de grande dimensão como a rotura

de barragens de aterro nos Estados Unidos da América ou os deslizamentos ocorridos no Canal

do Panamá. As contribuições de Fellenius, Krey, Terzaghi, entre outros, permitiram a aplicação

de métodos científicos em vez dos critérios empíricos até então existentes.

Actualmente existem diversos métodos de análise, uns mais complexos que outros. A escolha

da metodologia de análise deve ser feita em função da informação e grau de conhecimento do

talude em estudo, não sendo lógico a utilização de métodos demasiado sofisticados quando as

15

informações são poucas, nem a utilização de métodos menos exaustivos quando existam dados

bastantes.

Globalmente, os métodos de análise de estabilidade de taludes podem ser classificados como

métodos de equilíbrio limite ou métodos de análise em tensões e deformações. As diferenças

entre estes tipos de análise são consideráveis.

Os métodos de equilíbrio limite são de aplicação mais simples e de carácter semi-empírico,

sendo adequados a análises mais práticas de estabilidade. Possibilitam ainda a obtenção do

factor de segurança Fs o que ilustra se o talude está em condições de estabilidade ou não. No

entanto estes métodos requerem a inferência sobre o mecanismo de deslizamento e a superfície

de rotura que afecta o talude.

Os métodos de análise em tensões e deformações baseiam-se no conhecimento das relações

constitutivas (tensão-deformação), do estado inicial de tensão e das resistências residuais ao

corte para determinar a distribuição de tensões e deformações no interior do talude. Esta análise

opera com um maior volume de dados, através de métodos numéricos, e pode modelar

adequadamente o desempenho dos taludes, justificando-se em casos de obras com maior

importância.

Ambos os métodos serão abordados com maior detalhe nas secções posteriores.

2.5.1. Métodos de Equilíbrio Limite

A aplicação de métodos de equilíbrio limite em estudos de estabilidade de taludes tem sido de

prática corrente e extensiva, havendo numerosas técnicas de cálculo disponíveis.

Essencialmente, estes métodos procuram calcular o factor de segurança Fs correspondente à

situação em análise, inferindo sobre a geometria da superfície de rotura, ou vice-versa (estimar

a geometria dado o factor de segurança). Também podem ser utilizados em estudos de

retroanálise, nomeadamente para estimar a resistência ao corte de uma dada superfície de

deslizamento, que porventura já tenha provocado a rotura do talude.

Através de métodos de equilíbrio limite, é possível desenvolver expressões para Fs que

dependam do critério de rotura adoptado para o material e da superfície ao longo da qual ocorre

a instabilidade. De notar que um dos princípios deste método é admitir que a resistência do solo

é totalmente mobilizada ao longo das superfícies de deslizamento.

É possível dividir os métodos de equilíbrio limite em dois grupos:

Métodos exactos;

Métodos não exactos.

16

Os métodos exactos são todos aqueles onde a aplicação das leis da estática permite obter uma

solução exacta para o problema. A sua aplicação só é possível em casos onde a geometria seja

simples, como por exemplo, a rotura planar e a rotura por cunhas.

Os métodos não exactos surgem como a resposta ao facto de que, na maior parte dos casos, a

geometria da superfície de rotura é mais complexa, não sendo possível obter uma solução exacta

do problema. Nestes casos deve fazer-se alguma simplificação ou hipótese prévia que permita

levantar a hiperstatia do problema.

Podem ainda distinguir-se os métodos que consideram o equilíbrio global da massa deslizante e

os métodos das fatias, que dividem a massa numa série de fatias verticais. No primeiro caso a

hipótese prévia deve fazer-se no que respeita à distribuição das tensões normais na superfície

de deslizamento. Nos métodos das fatias essa distribuição não é um dado do problema, mas sim

um resultado da sua resolução. As hipóteses prévias referem-se geralmente às forças laterais

de interacção entre fatias.

Os métodos das fatias podem também ser divididos em exactos e não exactos. Como exemplo

de métodos das fatias exactos tem-se os métodos de Morgenstern-Price, Spencer e Bishop

rigoroso. Os métodos de Fellenius, Janbu e Bishop simplificado são exemplos de métodos de

fatias não exactos, ou seja, que não cumprem todas as equações da estática.

No entanto, alguns autores têm colocado algumas críticas aos métodos de equilíbrio limite. Em

Wright et al. (1973) são evidenciadas três questões centrais:

Os métodos não exactos não cumprem todas as equações da estática;

Admite-se que a resistência do corte do solo é mobilizada simultaneamente em todos os

pontos da linha de rotura;

Admite-se que é possível determinar a tensão na superfície de corte sem considerar as

características de deformação do solo.

No geral, os métodos de equilíbrio limite são adequados para avaliar a estabilidade de taludes.

A sua aplicação, embora mais expedita, não resulta em diferenças de precisão significativas face

a métodos mais robustos. No estudo publicado por Wright et al. (1973), conclui-se que face a

métodos de elementos finitos, o factor de segurança calculado através do método de Bishop

simplificado difere em menos de 8%. Este valor é bastante adequado no domínio da Geotecnia

tendo em quanto a variabilidade dos solos e a precisão com que são avaliados os parâmetros

que os caracterizam, bem como as acções que sobre eles actuam.

2.5.2. Métodos de Análise em Tensão-Deformação

Como foi apresentado no ponto anterior, os métodos de equilíbrio limite não avaliam as tensões,

deslocamentos ou as deformações dos maciços. Conhecer a distribuição de tensões e de

17

deformações no interior dos taludes pode ser uma poderosa ferramenta de projecto, contribuindo

para uma melhor compreensão e quantificação dos fenómenos físicos envolvidos.

Neste seguimento, surgem os métodos de análise em tensão-deformação que recorrendo a

métodos numéricos permitem a simulação do comportamento geomecânico dos taludes. Estes

métodos superam as dificuldades dos métodos de equilíbrio limite, no entanto a sua aplicação

necessita de mais parâmetros de entrada e de um poder de computação mais elevado.

Os métodos numéricos mais utilizados são o método dos elementos finitos e o método das

diferenças finitas.

O método dos elementos finitos é uma técnica de cálculo para problemas físicos ou matemáticos

expressos por equações diferenciais. Esta formulação teve origem no final do século XVIII, mas

só na década de 50 foi possível a aplicação prática devido ao desenvolvimento do poder

computacional.

Fundamentalmente, o método baseia-se na divisão de um meio contínuo numa malha de

elementos de pequenas dimensões interligados entre si através de um número fixo de nós (

Figura 11). Cada um destes elementos é descrito por equações diferenciais que respeitam as

relações constitutivas do material, as condições de equilíbrio e compatibilidade e as condições

de fronteira do caso específico em análise. Através de aproximações numéricas é possível a

resolução de um sistema de equações global, obtendo-se os deslocamentos nodais e com estes

determina-se as tensões e deformações em qualquer ponto do domínio. Torna-se assim possível

caracterizar um talude submetido a forças de massa, a forças exteriores estáticas ou dinâmicas

e também a condições de fronteiras definidas em termos de deslocamentos ou de cargas

impostas sobre os nós exteriores. Para um conhecimento mais aprofundado sobre este tema

sugere-se a leitura de Desai & Abel (1972).

Figura 11 - Divisão de um meio contínuo numa malha de elementos finitos (Caldeira, 2012a).

18

O método das diferenças finitas é um processo de resolução de equações diferenciais que tem

por base a aproximação de derivadas pela formulação da série de Taylor. Antes da proliferação

do método dos elementos finitos, era o método mais utilizado na resolução de problemas de cariz

geotécnico.

Essencialmente, o método das diferenças finitas consiste na aproximação de equações

diferenciais por equações numéricas em intervalos muito pequenos. Estes intervalos apesar de

serem suficientemente pequenos, não são infinitesimais o que implica um erro associado, tanto

menor quanto menor for o intervalo considerado. É então possível usar a expansão em série de

Taylor para definir uma dada função nos intervalos à frente e atrás do ponto onde se quer calcular

a derivada, desprezando todos os termos de ordem superior à primeira (Figura 12).

Através de manipulação algébrica e desprezando os erros associados, é possível converter as

equações diferenciais em equações de diferenças finitas e calcular o valor da função num

determinado ponto, conhecendo o valor dessa mesma função em intervalos à frente e a atrás.

No entanto, as equações que descrevem fenómenos físicos são gerais e válidas no domínio do

problema, existindo várias soluções possíveis. Para a resolução de um problema concreto será

necessário refinar as soluções gerais com condições específicas do problema. Estas condições,

à semelhança do método de elementos finitos, são denominadas condições de fronteira e podem

ser expressas em função dos valores das variáveis da equação ou das suas derivadas.

O método das diferenças finitas pode ainda ser aplicável a problemas onde a variável tempo é

determinante, como por exemplo a consolidação unidimensional. Neste caso a integração da

equação diferencial pode ser feita de forma explícita ou implícita relativamente à variável tempo.

Figura 12 – Malha de diferenças finitas (Caldeira, 2012b).

19

Em suma, os métodos numéricos de análise de tensões e deformações fornecem um estudo

mais completo na avaliação da estabilidade de taludes. É possível montar modelos robustos que

traduzam o comportamento dos taludes de uma forma mais próxima da realidade. Hoje em dia

com o desenvolvimento computacional, existem diversos programas comerciais que permitem a

aplicação destes métodos de uma forma fácil e expedita.

Contudo, estes métodos necessitam de um maior número de dados de entrada o que nem

sempre pode ser obtido, seja por razões de elevado custo dos ensaios, seja por impossibilidades

de natureza experimental.

2.6. Soluções de Estabilização de Taludes

Neste capítulo, serão apresentados as soluções mais utilizadas na estabilização de taludes,

dando um foco especial a taludes que se encontrem localizados nas imediações de uma via

ferroviária. Serão descritos, de uma forma geral, os procedimentos habituais que devem ser tidos

em conta num projecto de estabilização, bem como os condicionalismos únicos associados a

taludes junto a plataformas de ferrovia.

2.6.1. Generalidades

De uma forma geral, é possível dividir uma obra de estabilização de taludes em quatro fases (P.

A. Carvalho, 1991):

Investigação,

Projecto de Execução;

Execução;

Observação e Manutenção.

Em obras com um forte cariz geotécnico é necessário lidar com a incerteza associada aos

materiais geológicos. Em grande parte dos casos, os dados necessários ao projecto são

escassos e pouco representativos da situação real.

Como tal, a primeira fase de uma obra de estabilização, passa por fornecer as informações

necessárias para o projecto de execução. Deverá ser definida uma campanha de prospecção e

amostragem, que poderá ser complementada com métodos geofísicos e ensaios laboratoriais ou

in-situ. Desta forma procura-se determinar as propriedades físicas e químicas dos terrenos, as

condições da água no terreno e a litologia. No caso particular de roturas em taludes, é importante

ainda a identificação da fenomenologia dos processos de instabilização, do clima, da vegetação

e da acção antrópica local.

No projecto de execução utilizam-se as informações obtidas da fase de investigação para

desenvolver modelos aproximados baseados em geometrias ideais e em comportamentos

20

reológicos simples. Com base nestes modelos são definidas e calculadas soluções de acordo

com a regulamentação em vigor, atendendo à interacção entre o binómio economia - melhor

solução técnica.

A fase de execução é a fase construtiva onde são implementados os métodos definidos no

projecto de execução. É importante garantir a melhor tradução possível do projecto para o que é

efectivamente realizado em obra, adequando o projecto à medida que os condicionalismos, em

que este foi baseado, se demonstrarem desfasados da realidade. Nesta fase, os taludes podem

ser submetidos a acções mais condicionantes do que as expectáveis, devido à utilização de

máquinas de grande porte por exemplo.

Após o talude estar estabilizado, é importante garantir a sua observação periódica e sequente

manutenção. Deve ser previsto um plano de observação e instrumentação e definidos critérios

de alerta e de alarme, bem como possíveis medidas de reforço.

Na aplicação de soluções de estabilização, os taludes adjacentes a plataformas ferroviárias

apresentam condicionantes únicas que serão apresentadas de seguida. De notar que os taludes

abordados nesta dissertação são aqueles que se localizam nas imediações de uma via de

ferrovia, e não aqueles que servem de fundação à superestrutura ferroviária.

A grande maioria da estrutura ferroviária do país foi erguida no início do século XX quando as

tecnologias de construção eram bastantes distintas das actuais. A limitação dos movimentos de

terra e a dificuldade de extracção e desmonte do material nas proximidades, levou à execução

de obras heterogéneas e com factores de segurança bastante variáveis (Mendonça, 1997).

Desta forma é possível perceber que, normalmente as zonas circundantes à ferrovia são

sensíveis do ponto de vista geotécnico.

No âmbito da execução de soluções de estabilização, um dos maiores condicionamentos é a

garantia da continuidade do serviço. A interrupção de um troço de caminho-de-ferro resulta em

perdas económicas relevantes e em desconforto para os operadores da infra-estrutura. Assim a

solução prevista em fase de projecto deve ser dimensionada de forma a causar o mínimo

transtorno possível à circulação de comboios. Sempre que for necessário interromper o serviço

são fornecidos horários curtos de interdição, normalmente durante o período nocturno, onde o

tráfego é menor. Desta forma o tempo disponível para trabalhos é bastante reduzido, o que exige

um rendimento elevado dos trabalhadores.

Outra das condicionantes específicas, é a necessidade de garantir o gabarito de dia para dia,

sendo exigido a remoção de quaisquer materiais ou equipamentos que possam causar transtorno

à passagem das composições. Assim, é necessária a alocação diária de materiais e

equipamentos da zona do estaleiro até à zona dos trabalhos.

21

Em grande parte dos casos, as instabilizações ocorrem em localizações remotas com más

condições de acessibilidade e pouco espaço de manobra, o que impossibilita o uso de camiões

e outros equipamentos de médio-grande porte. A solução de estabilização deve contemplar e

ser adequada a estas dificuldades de execução.

Por último, o facto de existir circulação de comboios nas imediações dos trabalhos obriga a um

cuidado redobrado relativamente às condições de segurança dos trabalhadores.

As obras de estabilização de taludes junto a plataformas ferroviárias, apresentando um conjunto

de condicionalismos específicas, são casos de interesse onde a escolha da melhor solução em

projecto e a preparação e planeamento em obra se revestem da maior importância. Para além

disso é necessário referir que a importância da manutenção preventiva do taludes porforma a

evitar a ocorrência de possíveis deslizamentos.

Nos capítulos seguintes serão apresentados as soluções usuais para a estabilização de taludes,

detalhando as utilizadas no caso de estudo da presente dissertação.

2.6.2. Alteração da Geometria do Talude

Uma das formas mais simples e eficazes para estabilizar um talude é alterando a sua geometria.

Através de escavações e aterros, devidamente localizados, é possível aumentar a estabilidade

de um talude. Para que este incremento de estabilidade possa ocorrer, procede-se geralmente

de três formas distintas:

Redução da inclinação média – talude contínuo ou banquetas;

Escavação de material na zona potencialmente instável e/ou na crista do talude;

Aterro de material granular no pé do talude.

Através da redução da inclinação média de um ângulo α para um ângulo menor β, promove-se

o aumento das acções estabilizadores face a uma diminuição das forças desestabilizadoras,

como se observa na Figura 13.

Figura 13 - Alteração da geometria de um talude (Oliveira, 2010)

22

Para taludes muito altos, com uma altura superior a 5 metros, a diminuição da inclinação pode

ser conseguida com a execução de banquetas intermédias, escalonando o talude (Figura 14).

Estas banquetas, para além de aumentarem a estabilidade do talude, servem como plataformas

de inspecção, podendo ainda reter a queda de materiais e de água, sendo necessário prever

dispositivos de drenagem.

Figura 14 – Execução de banquetas intermédias (P. A. Carvalho, 1991)

Outra intervenção possível é a escavação de material na crista do talude. Desta forma elimina-

se o peso da parte superior do talude, o que implica uma redução na parcela do momento

actuante.

No entanto, nem sempre é possível ter acesso à crista, sendo a execução de aterros no pé do

talude mais facilitada. A Figura 15 ilustra a execução de aterro e de escavação no pé e na crista

do talude, respectivamente.

Através do aumento do peso na zona de pé consegue-se um aumento das tensões normais e

uma acção estabilizante face ao deslizamento do talude. De notar que o material colocado nestes

aterros deve ser granular, interpondo um geotêxtil entre o terreno natural, prevenindo assim a

lavagem de finos.

Figura 15 - Escavação e aterro na estabilização de taludes (Oliveira, 2010)

23

Segundo Carvalho (1991), para qualquer tipo de solo ou rocha, em qualquer condição de

ocorrência e sob a acção de quaisquer esforços, existe sempre uma condição geométrica para

o talude que oferecerá estabilidade ao maciço.

Porém, em alguns casos, não há espaço suficiente para se alcançar o reperfilamento necessário,

ou então esse reperfilamento exige volumes exorbitantes de terraplanagem e de movimentação

de terras.

No caso de taludes afectos a vias ferroviárias, nem sempre existe o acesso ou o espaço

necessários para executar este tipo de soluções, sendo necessário recorrer a outro tipo de

soluções.

2.6.3. Drenagem

Como já foi explicitado na secção 2.3.2 do presente documento, a presença de água é um dos

maiores factores de instabilização. Como tal, as obras de drenagem são dos procedimentos mais

eficientes e de mais larga utilização na estabilização de taludes, podendo ser utilizadas como o

único recurso ou conciliadas com outros tipos de soluções.

Existem dois tipos de obras de drenagem:

Drenagem Superficial;

Drenagem Profunda.

A drenagem superficial consiste na captação e encaminhamento de águas que percolem a face

dos taludes. Desta forma é possível reduzir a infiltração de água no interior dos maciços e evitar

fenómenos de erosão superficial. Os sistemas de drenagem superficial mais comuns são as

valas ou canaletas, descidas de água e órgãos de dissipação.

A drenagem profunda procura retirar água que percole no interior dos maciços e baixar o nível

freático. As principais soluções de drenagem profunda são os drenos sub-horizontais, as

trincheiras drenantes, galerias, ponteiras e poços de alívio.

Estes dois tipos de drenagem devem ser conjugados harmoniosamente, para que a água

captada no interior dos maciços seja encaminhada de forma adequada.

No dimensionamento de sistemas de drenagem, devem ser realizados estudos sobre os índices

pluviométricos, a área da bacia hidrográfica de contribuição e as características dos materiais

que são percolados.

Os dispositivos de drenagem possuem em geral, uma grande susceptibilidade a entupimentos e

a danos físicos à sua estrutura. É então importante garantir que estes sistemas sejam

periodicamente vistoriados, limpos e mantidos, garantido assim o seu correcto funcionamento.

24

Figura 16 – Tipos de drenagem: a) Drenagem superficial; b) Drenagem profunda

2.6.4. Reforço com Inclusões

Através da introdução de elementos de elevada resistência no terreno é possível garantir a

estabilidade de um talude. Os principais tipos de soluções deste género são as pregagens,

ancoragens, estacas passivas, microestacas e colunas de Jet Grouting.

2.6.4.1. Pregagens

As pregagens são uma técnica de estabilização de maciços in situ por meio de inclusões lineares

que, geralmente, possuem carácter passivo e podem suportar esforços axiais, de flexão e de

corte (Schlosser, 1982). Normalmente são constituídas por varões nervurados ou roscados de

aço de alta qualidade e são introduzidas no terreno por meio de três tecnologias:

Cravação – directamente no próprio solo através de percussão, vibração ou propulsão

de ar comprimido;

Furação – inserção num furo realizado previamente, por furação de pequeno diâmetro e

posterior selagem com calda cimentícia;

Auto-perfuração – o corpo da pregagem faz parte do processo de furação, a armadura é

instalada à roto-percussão e funciona como broca de perfuração, sendo injectadas

simultaneamente caldas comentícias de selagem.

De uma fórmula geral existem dois tipos diferentes de soluções de pregagens: tubo expansivo e

célula expansiva. As pregagens de tubo expansivo possuem uma secção transversal oca em

forma de ómega como é possível observar na Figura 17. São introduzidas em pré-furos e de

seguida injectadas com água sob pressão, possibilitando a insuflação e o contacto do tubo de

aço directamente com o maciço. São normalmente usadas para a contenção e suporte de

maciços rochosos em túneis e taludes.

25

Figura 17 – Sistema comercial de pregagem de tubo expansivo (G. Santos, 2014)

As pregagens de célula expansiva funcionam por fixação mecânica. Estas pregagens possuem

uma célula de expansão na extremidade do varão. Através da aplicação de pré-esforço por meio

de uma chave dinamométrica ou de um macaco hidráulico, a partir da cabeça, é garantida a

fixação e o agarramento do maciço. Este tipo de pregagens são normalmente seladas com calda

de cimento ou resinas, por forma a garantir a mobilização de resistência lateral ao longo do

comprimento selado. Na Figura 18 é apresentado um sistema comercial deste tipo de pregagem.

Figura 18 - Sistema comercial de pregagem de célula expansiva (G. Santos, 2014)

O critério de escolha entre soluções deve ter em conta o tipo e a qualidade do maciço (rochoso

ou terroso) a tratar bem como situações particulares de execução. Por exemplo no caso de

pregagens em abóbadas de túneis, perante uma situação gravítica desfavorável, as soluções de

tubo expansivo apresentam maior viabilidade de execução.

As pregagens são uma solução de estabilização de taludes muito vantajosa devido a diversas

razões:

A sua aplicação é rápida e flexível sendo necessários poucos equipamentos mecânicos,

o que possibilita a execução em locais exíguos e de difícil acesso;

Existe a possibilidade de adaptação da orientação, comprimento ou densidade de

pregagens conforme as condicionantes geológicas observadas durante a execução;

O método construtivo possibilita um impacto ambiental reduzido, um resulto final

agradável do ponto de vista estético e um custo competitivo face a outras soluções.

26

No entanto é uma solução que apresenta algumas limitações, destacando-se:

Nas pregagens com carácter definitivo surgem problemas de durabilidade, sendo

necessário adoptar um sistema de protecção à corrosão;

A aplicação em solos sem coesão, solos argilosos com elevado teor em água e solos

que sofram períodos gelo-degelo afectam o mecanismo de resistência da pregagem;

As deformações necessárias para mobilizar as forças resistentes podem não ser

compatíveis com a deformabilidade de estruturas vizinhas.

2.6.4.2. Ancoragens

As ancoragens são um método de reforço activo de solos ou maciços rochosos, através da

instalação de cordões ou barras de aço pré-tensionadas, com o objectivo de provocar um

aumento de tensões efectivas e consequentemente, da resistência ao corte.

De uma forma geral, uma ancoragem é constituída por três partes fundamentais:

Cabeça – conjunto formado por placa de distribuição, placa porta-cunhas e dispositivos

de protecção definitiva;

Comprimento livre – troço de armadura entre a cabeça e o bolbo de selagem, onde não

são transmitidas tensões ao terreno;

Bolbo de selagem – troço da ancoragem que permite a aplicação do pré-esforço na

armadura e a transmissão de tensões ao terreno. É realizado injectando calda de

cimento, ou resinas, sobre pressão.

Figura 19 – Estabilização activa de um talude rochoso com ancoragens (A. Pinto, 2012)

27

Do ponto de vista de execução, existem quatro fases principais: furação, colocação da armadura,

injecções e aplicação de pré-esforço (Figura 20).

A primeira fase da execução de uma ancoragem é a furação. A escolha do método de furação é

fundamental e devem ser tomados em conta vários factores nesta decisão como a presença de

água, o tipo de material a furar, as dimensões e inclinação do furo e o local de acesso. O processo

de furação mais utilizado é a rotação com trado, sendo possível o entubamento e injecção de

água em solos mais incoerentes ou a utilização de um martelo de fundo de furo em rochas. No

final da furação é importante garantir que o fundo se encontra completamente limpo.

De seguida coloca-se a armadura no furo, o mais rapidamente possível, sendo esta acção

precedida por uma inspecção cuidadosa com o objectivo de identificar possíveis defeitos ou

danos. À medida que se procede à introdução, o manuseamento das armaduras deve ser firme

e cuidado, evitando retorcimentos ou curvaturas excessivas.

Figura 20 - Execução de Ancoragens (adaptado de Serki, 2014).

A fase seguinte trata da injecção da ancoragem que de acordo com a EN 1537 (European

Committee for Standardization, 1999) tem os seguintes objectivos:

Formar o bolbo de ancoragem, para que a força aplicada na armadura possa ser

transmitida ao terreno;

Garantir a protecção da armadura contra a corrosão;

Alargar as paredes do furo na zona do comprimento de selagem, para aumentar a sua

capacidade resistente;

Tratar o terreno nas imediações da zona de selagem, para que a perda de calda seja

mínima.

28

Esta injecção realiza-se em duas fases distintas: A primeira fase correspondente à injecção inicial

de preenchimento e selagem, e a segunda fase de reinjecção aonde é necessário garantir a

capacidade resistente do bolbo de selagem.

Na primeira fase, a calda é aplicada por gravidade ou baixa pressão até preencher o furo na sua

totalidade, dando-se o processo concluído quando a calda que retornar à boca do furo se

apresente limpa de impurezas.

Antes de se proceder à segunda fase deve-se dar tempo para que a calda injectada na primeira

fase inicie o processo de presa. Quando a calda injectada apresentar uma consistência pastosa,

é altura de proceder à reinjecção que pode ser efectuada através de dois métodos distintos:

Injecção Repetida Selectiva (IRS) ou Injecção Geral Uniforme (IGU).

A maior diferença entre estes métodos está no facto de que o IRS, para além de ser repetitivo, é

também selectivo. A injecção é efectuada através de um obturador duplo expansível, colocado

ao longo do tubo, a partir do fundo do furo, em cada "manchete", como ilustrado na Figura 21.

Este elemento permite que cada válvula seja injectada isoladamente, tendo-se a garantia de

abertura de todas as válvulas.

Figura 21 - Obturador duplo para injecção IRS (S. Coelho, 1996)

Por fim, procede-se ao tensionamento da ancoragem recorrendo a um sistema de pré-esforço

constituído por um macaco hidráulico. Este processo é especificado na EN 1537, assim como os

ensaios de recepção a realizar. De notar que se a ancoragem tiver um carácter definitivo é

relevante pensar num sistema de protecção anti corrosão para a cabeça bem como em células

de carga para monitorização da perda de tensão.

As principais vantagens do uso de ancoragens para estabilização de taludes são:

29

Capacidade de acomodarem elevadas cargas;

Técnica versátil e passível de ser ajustada às condições do terreno;

São testadas individualmente, o que garante um elevado controlo da qualidade de

execução.

Do lado das desvantagens destacam-se:

Ancoragens muito longas tendem a apresentar algum desvio, podendo mobilizar tensões

tangenciais no comprimento livre;

Necessidade de monitorização ao longo do período de vida útil;

As pressões de injecção são realizadas a pressões suficientes para induzir levantamento

e até fractura hidráulica no terreno;

2.6.4.3. Microestacas

As microestacas são estacas de pequeno diâmetro, variando normalmente entres os 80 e os 250

mm. São executadas em furos abertos previamente com extracção de solo, aonde são colocadas

os varões ou perfis metálicos de armadura e posteriormente selados com calda de cimento.

Estes elementos podem ser executados no terreno com qualquer orientação, funcionando tanto

à compressão, como à tracção para cargas de serviço entre os 200 e o 1000 kN. A transmissão

de forças para o terreno é feita essencialmente por atrito lateral, apesar de existir alguma

contribuição da resistência de ponta. Normalmente as microestacas são executadas em grupos

e solidarizadas através de um bloco de ligação ou de uma viga de travamento (Figura 22). Na

sua utilização para estabilização de taludes é importante garantir que o bolbo de selagem se

encontra localizado fora da cunha de deslizamento, numa zona do maciço estável.

Figura 22 – Utilização de microestacas na estabilização de taludes (P. A. Carvalho, 1991)

30

Do ponto de vista de execução, o faseamento pode ser dividido em 5 fases (Brito, 1999):

Marcação ou implantação;

Furação;

Colocação da armadura;

Injecção;

Ligação à estrutura ou solidarização através de bloco.

A técnica de execução dos furos é função do tipo de terreno e da existência de estruturas

adjacentes e da sua respectiva sensibilidade. As microestacas, em semelhança com as estacas,

também podem ser executadas por cravação ou por furação. No entanto, tendo em conta as

vibrações e ruídos produzidos pela cravação, a furação é de utilização mais frequente. No campo

da furação as técnicas de aplicação mais comum são as com recurso a trado e as máquinas de

roto-percussão equipadas com varas e bits.

Após a furação coloca-se a armadura no furo de forma manual, ou com recurso a um meio de

elevação, garantindo-se a sua correcta posição e o recobrimento com recurso a espaçadores,

no caso das armaduras em varão.

A fase de injecção e selagem reveste-se da maior importância pois afecta directamente a

capacidade de carga nas microestacas. De acordo com Shong & Chung (2003) a calda de

injecção e selagem tem múltiplas funções:

Transfere a carga do perfil metálico para o terreno circundante;

Pode ser contabilizada para um incremento da resistência à compressão da secção

transversal da microestaca;

Visa proteger os elementos de aço de fenómenos de corrosão e de encurvadura;

Os seus efeitos podem estender-se para lá do furo, contribuindo para um melhoramento

dos estratos de solo atravessados.

Desta forma, a fluidez, estabilidade, durabilidade e resistência da calda necessita de possuir

propriedades adequadas. O método de selagem define e quantifica o atrito ao longo do

comprimento do bolbo. Segundo a FHWA (Federal Highway Administration), existem 4 tipos de

classificação quanto ao processo de execução de selagens (Armour, Groneck, Keeley, &

Sharma, 2000):

Tipo A – a microestaca pode ou não conter armadura. A selagem é feita com calda de

cimento ou argamassa, sem pressão e de baixo para cima;

Tipo B – a microestaca tem sempre armadura de reforço (varão, grupo de varões, perfis

metálicos ou tubos de aço) e a selagem é feita a baixa pressão de baixo para cima com

calda de cimento variando normalmente entre 0,3 MPa e 1 MPa;

31

Tipo C – a selagem divide-se em duas fases. Na primeira fase, a calda de cimento é

selada sem pressão como nas microestacas tipo A. Na segunda fase procede-se à

injecção da calda de cimento com pressões até 1 MPa. São usados tubos manchete no

bolbo de selagem, com válvulas espaçadas. Este tipo é conhecido por IGU (Injecção

Global Unitária);

Tipo D – desinado por IRS (Injecção repetitiva e selectiva), é também composto por duas

fases. Na primeira a calda de cimento é selada sem pressão à semelhança das

microestacas tipo A. Depois de a calda ter adquirido presa processa-se à injecção com

auxílio de obturadores duplos que são colocados em todas as válvulas - manchetes com

pressões entre os 2 e 8 MPa, selecionando a válvula onde a injecção será realizada.

Estas operações são repetidas normalmente 2 a 3 vezes até se conseguir mobilizar a

tensão de atrito requerida na interface do bolbo.

Figura 23 – Diferentes tipos de microestaca (adaptado de Shong & Chung, 2003)

Do ponto de vista de vantagens deste tipo de solução destacam-se:

Grande versatilidade e possibilidade de execução em espaços limitados, tanto em planta

como em altura;

Capacidade de carga elevada relativamente ao pequeno diâmetro e a possibilidade de

funcionar tanto à tracção como à compressão. A execução de microestacas inclinadas

permite ainda resistir a solicitações horizontais;

Perturbação mínima do terreno e utilização de equipamentos de furação pequenos, o

que permite no geral uma solução económica do ponto de vista de equipamentos e mão-

de-obra.

Relativamente às desvantagens:

32

Problema de encurvadura para elementos muito esbeltos;

Reduzida capacidade para transmitir cargas por ponta;

Mobilizam o a resistência por atrito lateral predominantemente para solos com NSPT > 40

pancadas.

2.6.4.4. Colunas de Jet Grouting

O Jet Grouting é uma técnica que consiste no tratamento de solos já existentes, através da

adição de um ligante. Através de um mecanismo de mistura é possível transmitir ao solo uma

elevada energia cinética que provoca o corte e desagregação da estrutura do solo natural. A

adição de uma calda ao solo natural desagregado permite a obtenção de corpos sólidos e pouco

permeáveis com um incremento das características mecânicas (incremento da resistência e

diminuição da deformabilidade) (Falcão, Pinto, & Pinto, 2000).

Esta tecnologia é considerada bastante versátil face a outros tipos de injecção, tendo um domínio

de aplicação alargado como é ilustrado na Figura 24:

Figura 24 – Aplicabilidade do Jet Grouting face a outros tipos de injecção (Loureiro, 2008)

Segundo P. Coelho (2010) A evolução da tecnologia ao longo dos anos permitiu o

desenvolvimento de três tipos de Jet Grouting (Figura 25):

JET 1 ou jacto simples – A injecção da calda promove o corte e erosão entre as partículas

e a sua aglutinação;

JET 2 ou jacto duplo – Para além do jacto de calda existe também um jacto de ar

comprimido. A acção desagregadora e de mistura são executadas pelo jacto de calda

de cimento, sendo o jacto de ar comprimido responsável pelo aumento do alcance do

jacto;

JET 3 ou jacto triplo – Utilização de um jacto de ar comprimido e água para a

desagregação do solo. A calda é injectada através de um bico diferente e separado.

Permite a obtenção de corpos de maiores dimensões mas com menor resistência para

iguais dosagens de cimento.

33

Para além destes três, existe ainda um quarto sistema conhecido por super jet que é utilizado

apenas em casos particulares.

Figura 25 - Diferentes tipos de tecnologia (adaptado de Ehsanzadeh & Ahangari, 2014)

O campo de aplicação desta técnica é bastante vasto podendo ser utilizada em obras de cariz

geotécnico como por exemplos na consolidação de abóbadas de túneis, contenções laterais de

escavações, reforço de fundações, execução de cortinas de estanqueidade e claro na

estabilização de taludes. Nesta última aplicação, que é o tema da presente dissertação, a

estabilização é garantida pelo atravessamento da massa de solo instável pelas colunas de Jet

Grouting.

A enorme versatilidade desta técnica é uma das suas grandes vantagens, distinguindo-se ainda

as seguintes (Sousa, 2008):

Não há necessidade de escavação para efectuar o tratamento, evitando a

descompressão do solo;

Produção de pouca vibração e ruído e possibilidade de execução de qualquer tipo de

secção, forma e inclinação;

Possibilidade de ser executada em áreas confinadas e de inserção de elementos

metálicos no seu interior.

No entanto, esta tecnologia também apresenta algumas limitações (Sousa, 2008):

Dificuldade em garantir a verticalidade para colunas muito compridas;

Aplicação pouco eficaz para solos de granulometria elevado com ausência de finos,

solos muito heterogéneos com grandes descontinuidades e vazios sujeitos a percolação,

solos orgânicos de alta acidez (ph<5) e solos argilosos muito compactos ou rochas;

Baixo desempenho à flexão e à tracção, a menos que se coloque armadura.

34

2.6.5. Estruturas de Suporte

A execução de estruturas de suporte para a estabilização de taludes tem tido aplicação muito

frequente nas últimas décadas. A construção de elementos resistentes de contenção ou de

sustentação permite reforçar a base do talude, evitando assim a degradação na zona crítica face

à estabilidade. Uma vez implantadas num talude, estas estruturas permitem a alterar a geometria

do mesmo conforme conveniência, reduzindo o peso de solo com potencial de instabilização.

Na corrente dissertação, este tipo de soluções serão divididas em dois grupos de acordo com as

suas características gerais: Muros de Suporte e Paredes de Contenção. Serão detalhadas as

soluções que apresentem relevância face ao caso de estudo descrito mais adiante.

2.6.6. Muros de Suporte

2.6.6.1. Muros de Gabiões

Os muros de gabiões são construídos com a sobreposição de elementos base de forma

prismática rectangular, fabricados com rede de malha hexagonal de dupla torção em arame

galvanizado. Estas caixas são posteriormente preenchidas com pedra britada ou rolada,

colocadas justapostas e solidarizadas com arame (P. Coelho, 2010).

Desta forma é possível executar muros de gabiões com as mais variadas dimensões e boa

adaptação ao terreno, como é verificável na Figura 26:

Figura 26 - Exemplo de aplicação de um muro de gabiões (Conde&Ribeiro, 2012)

A estrutura obtida pela sobreposição de cestos de gabiões é considerada como uma estrutura

de gravidade, drenada e armada. As caixas de rede e as ligações entre elas formam uma

estrutura monolítica e flexível capaz de absorver os excessos de deformação.

35

Esta solução torna-se competitiva pois para além de ser bastante económica, não requer mão-

de-obra especializada e os trabalhos de manutenção são quase inexistentes. O facto de a

granulometria dos blocos ser uniforme, permite a circulação de água vinda do talude evitando o

aumento de pressões intersticiais no interior. Também permite combater a erosão superficial a

que os taludes são sujeitos, para além de garantir uma boa integração no meio ambiente natural,

à medida que as pedras vão sendo preenchidas por solo e vegetação.

2.6.6.2. Muros de Betão Armado

Os muros em betão armado representam um tipo de solução clássico na estabilização de taludes.

Têm um princípio funcional semelhante ao dos muros de gabiões, sendo no entanto uma solução

mais “pesada” que deverá ser sujeita a um dimensionamento mais rigoroso, de acordo com a

regulamentação em vigor. Torna-se de extrema importância garantir uma boa execução das

fundações, cofragens, armaduras e betonagem.

A título ilustrativo, apresentam-se as geometrias mais comuns para muros de betão (Figura 27):

Figura 27 – (1) T; (2) L; (3) Contrafortes; (4) Prateleira (adaptado de Brito, 2002)

Sempre que possível estes muros são executados com recurso a betão pronto, mas por vezes,

por questões de difícil acesso ao local dos trabalhos podem ser usados muros pré-fabricados.

Este foi o caso da obra em estudo nesta dissertação, como será demonstrado mais à frente.

No entanto, a utilização de pré-fabricados pode acrescer dificuldades no momento de

implantação. As dimensões já definidas dos muros representam uma perda de flexibilidade no

assentamento e nivelamento, que pode originar uma execução deficiente e não funcional.

2.6.6.3. Muros de Terra Armada

36

Os muros de terra armada têm sido usados em Portugal em larga escala, especialmente em

obras rodoviárias ou ferroviárias.

A terra armada resulta na junção de elementos de armadura com solo compactado

complementado com um paramento lateral composto por placas em betão armado, por exemplo.

As forças de atrito na interface solo-armadura produzem alguma capacidade resistente ao

impulso de terras sustidas.

O material a ser usado no aterro deve ser cuidadosamente escolhido, de forma a tirar o máximo

partido do atrito entre solo-armadura. Usualmente são utilizados areias com pouco teor em argila,

com ângulo de atrito interno superior a 25º evitando percentagens de finos superior a 10% (P.

Coelho, 2010).

Como armadura, podem ser utilizados materiais como o aço galvanizado, o alumínio ou materiais

poliméricos. No entanto o mais comum é serem utilizadas bandas metálicas com tratamento anti

corrosão, dispostas horizontalmente e encastradas nas placas de betão, Estas armaduras devem

possuir flexibilidade às ondulações que advêm das superfícies dos aterros compactados e não

devem ficar sujeitas a esforços de flexão importantes devido a assentamentos diferenciais (P.

Coelho, 2010).

Na Figura 28 é possível visualizar um tipo de solução com recurso a muros de terra armada:

Figura 28 - Esquema ilustrativo de um muro em terra armada (Dyminski, 2007)

2.6.7. Paredes de Contenção

2.6.7.1. Paredes Tipo Berlim e Munique

As paredes de contenção são soluções orientadas para situações em que as condições de

vizinhança não permitem a escavação e o aterro do tardoz. A execução de qualquer obra de

37

contenção deverá ser sempre baseada num projecto que contemple os aspectos geotécnicos,

estruturais, executivos, especificações de materiais, entre outros (P. Coelho, 2010).

No campo das paredes de contenção, as paredes do tipo Berlim e Munique são as de mais larga

utilização em Portugal, podendo ser usadas como contenção periférica de edifícios ou como

suporte de taludes.

As paredes do tipo Berlim são constituídas por perfis metálicos, cujo espaçamento é definido em

função da altura e entre os quais se colocam pranchas de madeira (Patrício & Teixeira, 2006).

Este tipo de solução é geralmente utilizado quando se pretende uma contenção provisória de

execução rápida. A contenção prevê ainda a execução de uma viga de coroamento no topo dos

perfis verticais, de maneira a que trabalhem em conjunto quando solicitados à acção das

pressões de terras. Regra geral, são também executadas ancoragens e vigas de distribuição por

níveis de escavação e escoramentos.

Na Figura 29 é possível observar uma aplicação desta técnica junto a uma linha férrea.

Figura 29 – Parede de Berlim junto a uma linha férrea (Almeida, Cruz, & Câmara, 2011)

As paredes do tipo Munique ou Berlim definitivo são soluções de carácter permanente e

assentam no mesmo processo construtivo que as paredes tipo Berlim, embora os painéis

existentes entre perfis metálicos sejam constituídos por betão armada, executados através de

realização de betonagem in-situ (P. Coelho, 2010).

Nestas tipologias de contenção existe a possibilidade de descompressão do terreno durante a

escavação. Este facto, aliado à forte dependência do factor humano, torna de extrema

importância o cumprimento do processo construtivo.

38

Na Figura 30 é possível ilustrar o uso de paredes de Munique para contenção periférica em meio

urbano.

Figura 30 – Contenção com recurso a parede do tipo Munique (Almeida et al., 2011)

Os faseamentos construtivos bem como as vantagens e limitações deste tipo de tecnologias

estão bem documentados na literatura pelo que não serão apresentados na presente

dissertação.

2.6.7.2. Paredes Moldadas

As paredes moldadas são painéis em betão armado moldados no terreno a partir da superfície,

executados antes da escavação. De uma forma resumida, procede-se à execução de valas que

são estabilizadas com recurso a lamas tixotrópicas (usualmente recorre-se a lamas bentoníticas).

De seguida procede-se a colocação de uma caixa de armaduras e sequente betonagem de baixo

para cima. Só quando todos os painéis estiverem executados é que se procede à escavação,

minimizando assim o risco de descompressão do terreno. É usual tirar-se partido de pontos de

apoios intermédios, materializados por ancoragens pré-esforçadas ou escoramentos.

Esta solução adapta-se a uma grande diversidade de terrenos, mesmo em situações em que o

nível freático é elevado, evitando a passagem de água para o interior da escavação.

No entanto é uma solução que exige algum esforço do ponto de vista económico, sendo

necessário garantir espaço em estaleiro para a central de reciclagem das lamas para além de

exigir mão-de-obra e equipamento especializado.

Na Figura 31 está ilustrado o processo executivo de uma contenção periférica com recurso a

paredes moldadas.

39

Figura 31 – Faseamento construtivo de uma parede moldada (Almeida et al., 2011)

2.6.7.3. Cortinas de Estacas

As cortinas de estacas, como o próprio nome desvenda, são uma solução de contenção periférica

constituída por um conjunto de estacas tangente ou secantes, em betão armado.

As estacas, como elementos constituintes principais, podem ser moldadas ou cravadas no

terreno sendo as moldadas de aplicação mais generalizada na estabilização de taludes. Desta

forma evita-se as vibrações e movimentos introduzidos no terreno pelo processo de cravação.

Face às estacas cravadas, as moldadas tem também a vantagem de afectarem pouco as

condições iniciais do terreno.

As estacas são moldadas no interior do terreno, após furação prévia, e podem ser usados tubos

moldadores conforme o terreno apresente ou não capacidade de suster a abertura durante o

processo executivo.

No entanto a garantia de qualidade de execução pode ser comprometida. É difícil garantir a

verticalidade tanto da estaca como da armadura e durante a betonagem podem ocorrer

estrangulamentos de secção, criando secções de resistência inferior no fuste da estaca.

2.6.8. Protecção Superficial

Como já foi apresentado anteriormente, a erosão superficial é um dos grandes problemas

associados a taludes. A protecção superficial surge como uma medida de mitigação destes

problemas, revestindo-se de uma grande importância, sobretudo em taludes adjacentes a

rodovias ou ferrovias. Desta forma pretende-se evitar que estes tipos de vias fiquem obstruídos

40

com material que impeça a circulação, bem como aumentar a resistência da face frontal dos

taludes a roturas superficiais.

A protecção superficial surge normalmente associada a outros tipos de solução de estabilização,

como os apresentados anteriormente.

2.6.8.1. Recobrimento Vegetal

A interacção solo-vegetação em taludes já foi descrita no ponto 2.3.3 da presente dissertação. É

conclusivo que o revestimento vegetal de taludes previne o fenómeno de erosão superficial,

diminui a infiltração de água para o maciço através da superfície exposta e aumenta resistência

superficial dos solos devido à presença de raízes.

As espécies usadas para recobrimento vegetal devem ser locais, acrescentando desta forma

uma qualidade estética, promovendo também a integração no meio envolvente. Muitas destas

soluções surgem agregadas a materiais geossintéticos como colchões de geomalha com um

revestimento final em hidrossementeira. Na Figura 32 é ilustrada uma solução deste tipo:

Figura 32 – Solução de recobrimento vegetal com recurso a geomateriais (A. Pinto, 2012).

2.6.8.2. Betão Projectado

A aplicação de betão projectado armado é uma das soluções mais utilizadas para a estabilização

passiva de taludes, em maciços rochosos com risco de erosão superficial. Normalmente surge

associado a pregagens no maciço, tem uma espessura entre 5 a 8 cm e é armado recorrendo a

rede electrossoldada. Quando a face do talude é bastante irregular, podem ser usadas fibras

metálicas, garantindo desta forma uma melhor adaptação ao terreno.

Este tipo de solução torna o talude impermeável, como tal, torna-se necessário prever sistemas

de drenagem que permitam a percolação controlada de água. Desta forma evitam-se impulsos

hidrostáticos indesejados e a degradação acelerada do betão.

41

A projecção do betão pode ser realizada por dois métodos distintos, via seca ou via húmida.

Estes dois processos diferem basicamente no estágio em que é adicionada água à mistura

cimento/agregados. A escolha do processo de projecção a utilizar numa determinada obra

resulta na ponderação das vantagens e desvantagens inerentes a cada um destes processos,

sendo seleccionada aquele cujas características se adaptem melhor às exigências da obra (M.

Santos, 2011).

Durante a projecção de betão poderá ocorrer o ricochete de agregados grossos ou a formação

de bolsas de ricochete. Estes efeitos provocam a alteração da granulometria do betão, resultando

na diminuição da resistência, aumento da retracção e na formação de zonas de betão não

compactado e insuficiente hidratado (M. Santos, 2011). Por forma a evitar estes problemas de

execução é necessário garantir que o operador tenha uma elevada capacidade técnica e que

factores como a velocidade de projecção, o caudal, o ângulo, a distância de impacto e a

espessura a aplicar sejam bem controlados (Ryan, 1973). De maneira a garantir uma melhor

integração paisagística, é possível adicionar ao betão pigmentos que alterem a sua cor final. Na

Figura 33 é possível ver um caso desta aplicação.

Figura 33 – Aplicação de pigmentos de coloração numa de betão projectado (A. Pinto, 2012)

2.6.8.3. Redes Metálicas

O uso de redes metálicas justifica-se em taludes rochosos fracturados, onde o risco de

desprendimento de blocos seja elevado. São constituídas por arame de aço de alta resistência

de dupla ou tripla torção e podem ser associadas a pregagens e cabos de aço. A solução mais

simples consiste na suspensão de uma rede o talude com pregagens seladas no topo atrás da

crista do talude (Figura 34). A rede funciona como um elemento de dissipação da energia cinética

gerada pelo desprendimento de blocos, encaminhando-os para o pé do talude onde se depositam

em segurança.

42

Figura 34 – Aplicação de redes metálicas num talude rochoso (A. Pinto, 2012)

As redes metálicas são exemplos de revestimentos flexíveis. Recebem e aplicam impulsos ao

terreno de forma contínua. O seu comportamento depende do espaçamento entre pregagens,

visto que existe uma interacção entre estes elementos. São estruturas de suporte ligeiras e

flexíveis, adaptam-se a superfícies irregulares, confinam, evitam a progressiva desagregação

superficial do maciço e apresentam uma preocupação de ordem estética e paisagística (Cardoso

& Quintanilha de Menezes, 2009).

43

3. Caso de Estudo – Estabilização de Taludes na Linha do Oeste

3.1. Enquadramento Geral e Elementos de Base

Esta dissertação de mestrado surgiu com âmbito num caso real da estabilização de dois taludes

na Linha do Oeste: O primeiro (M1) localizado entre os PK 33,480 e 33,800, situado

imediatamente após a estação de Mafra-Gare e o segundo (M2) localizado entre os PK 44,500

e 44,650, situado imediatamente antes do túnel da Sapataria, ambos no concelho de Mafra,

distrito de Lisboa.

Em ambos os taludes foram observadas instabilizações, associadas ao deslizamento de material

superficial. Estima-se que tais instabilizações tiveram como principal causa as fortes

precipitações que ocorreram na zona envolvente no ano hidrológico de 2009. No entanto, por

falta de orçamento por parte do Dono de Obra, a implementação das intervenções de

estabilização só arrancou em Maio de 2013 estando concluídas em Dezembro de 2013.

No talude M1 foi prevista a intervenção num desenvolvimento linear de cerca de 120 m, do lado

direito da Linha no sentido ascendente, sob a forma de uma parede de contenção/estabilização

com a reformulação da geometria do talude, através da diminuição da inclinação e com a inclusão

de banquetas intermédias.

Figura 35 – Talude M1: Fotografia área do talude a intervir (JetSJ, 2011a)

44

No talude M2 a intervenção projectada apresentou um desenvolvimento linear de 117 m, no lado

esquerdo da via, e de 15 m no lado direito da via no sentido ascendente. No lado direito a solução

materializou-se num muro de contenção/estabilização executado no pé e na crista do talude

existente. No lado esquerdo a intervenção passou pela aplicação de revestimento com betão

projectado, pregado e drenado nas zonas de descontinuidades do maciço. A intervenção incluiu

também a execução de um muro de espera em gabiões, colocados no topo do emboquilhamento

poente do Túnel da Sapataria. O projecto previu ainda o reperfilamento da geometria do talude.

Figura 36 – Talude M2: Fotografia área do talude a intervir (JetSJ, 2011a)

Os principais objectivos das soluções propostas foram orientados no sentido de estabilizar os

taludes existentes, em condições de segurança, sem que para isso fosse necessário a

interrupção do serviço ferroviário ou o seu excessivo condicionamento.

O projecto esteve a cargo da JetSJ Geotecnia, Lda e a execução foi responsabilidade TEIXEIRA

DUARTE, Engenharia e Construções, SA. O Dono de Obra foi a IP – Infrasestruturas de Portugal

e a fiscalização esteve também ao cargo da IP. O custo da empreitada foi estimado em cerca de

975.000,00€.

Os elementos base que serviram de ponto de partida à elaboração da presente dissertação são

listados de seguida:

Projecto de execução – Memória geral;

Projecto de execução – Cálculos justificativos;

45

Projecto de execução – Desenhos técnicos;

Relatórios de leitura de inclinómetros;

Visitas periódicas à obra.

3.2. Principais Condicionantes

3.2.1. Condições de vizinhança

O talude M1 era delimitado inferiormente pela Linha do Oeste e superiormente por uma estrada

Municipal com algum tráfego. Um dos maiores condicionantes para a solução de estabilização

esteve em realizar os trabalhos sem interferir de forma significativa na circulação de ambas as

vias. Pela observação da Figura 37 é possível verificar que o acesso ao talude era difícil, o que

impossibilitava o uso de maquinaria muito pesada, restringindo o leque de soluções aplicáveis.

A parede de contenção foi realizada a partir da crista do talude e as deformações durante o

processo executivo tiveram que ser controladas, uma vez que durante esse período a estrada se

manteve em funcionamento. Para esse efeito foram instalados no talude 3 inclinómetros e 5 alvos

topográficos. Mais adiante nesta tese será pormenorizado a localização desta instrumentação.

Figura 37 – Talude M1 visto da crista (JetSJ, 2011a)

O acesso aos taludes M2 era mais condicionado. Pela observação da Figura 38, é possível

observar que o local de implementação se localizava numa zona em vale. O espaço disponível

era muito diminuto entre os taludes a estabilizar e a Linha do Oeste, existindo ainda o

emboquilhamento do Túnel da Sapataria, uma estrutura centenária e algo susceptível. Houve

também a identificação de uma conduta enterrada com infra-estruturas pertencentes ao dono de

46

obra. Esta conduta estava localizada ao longo do lado esquerdo da via e continha cablagem de

Telecomunicações e de Sinalização em suporte de fibra óptica. Foi criado um acesso pelo lado

esquerdo do talude, concretizado por um pequeno caminho de inclinação muito acentuada aonde

a alocação de veículos de grande porte era de difícil realização. Os condicionalismos de espaço

e acesso condicionaram bastante a escolha da solução a implementar. Para além disso foi

necessário optar por uma intervenção que minimizasse o tempo de execução, diminuindo o

máximo possível o impacto no funcionamento da via-férrea. A solução encontrada acabou por

recair numa parede de contenção de muros pré-fabricados que foram transportados para o local

através de um veículo ferroviário com braço mecânico.

Figura 38 - Emboquilhamento poente do túnel da Sapataria e taludes M2 (JetSJ, 2011a)

3.2.2. Enquadramento Geológico-Geotécnico

Neste capítulo pretende-se fazer um enquadramento do cenário geológico-geotécnico

encontrado nas duas zonas a intervir. Apenas foram realizadas duas sondagens de penetração

dinâmica (SPT) no talude de Mafra-Gare (M1), tendo sindo adoptado como base de estudo para

o talude do Túnel da Sapataria (M2), a Carta Geológica de Portugal n.º30-D. Para o talude de

Mafra-Gare também se fez recurso do excerto da Carta Geológica de Portugal n.º34-A.

O talude de Mafra-Gare insere-se geologicamente nos terrenos do Cretácico, mais

especificamente nos calcários e margas do “Belasiano”. Na Figura 39 é apresentado um extracto

da Carta Geológica de Portugal n.º 34 – A.

47

Figura 39 – Extracto da Carta Geológica de Portugal n.34-A (JetSJ, 2011a)

O estudo conjunto da Carta Geológica e da informação retirada dos dois ensaios SPT realizados

permitiram identificar, em profundidade, as seguintes formações (JetSJ, 2011a).

Formações recentes:

o Aterros – Foram detectados à superfície do terreno nas duas sondagens

realizadas, até 1,8m e 0.6m de profundidade, respectivamente em S1 e em S2,

resultando da regularização da banqueta do talude. Segundo a amostragem

disponível, apresentam uma matriz argilosa de cor castanha a castanha-escura

com contaminação orgânica, com fragmentos de rocha e cerâmicos dispersos.

Por se tratar de um aterro não controlado, apresenta variações espaciais ao nível

da sua constituição e, por conseguinte, das suas características de resistência

e de deformabilidade. Como tal, a sua capacidade resistente não deverá ser

aferida a partir dos resultados dos ensaios SPT.

Formações do “Belasiano”:

o Argilito esverdeado a negro, de consistência rija – Foi intersectado na sondagem

S1, entre 7.2m e 7.7m de profundidade. Os testemunhos recolhidos apresentam

por vezes fracturas com inclinação variável entre 45º a 90º.

o Marga de cor acinzentada, alterada, de consistência muito dura a rija com leitos

argilosos, fósseis conquíferos e intercalações calcárias - Foi detectada nas duas

sondagens, a variadas profundidades. Ostenta percentagens de recuperação

entre 67% e 100% e índices RQD entre 26% e 85% (maciço fraco a bom). As

48

fracturas dos testemunhos recolhidos, quando visíveis, apresentam-se próximas

a pouco afastadas entre si (F4 a F2).

o Calcário margoso de cor bege a acastanhado, muito alterado (W4) – Foi

intersectado na sondagem S1, subjacente ao aterro, entre sensivelmente 2.0m

e 3.0m de profundidade. Ostenta percentagens de recuperação de amostra de

60% e índice RQD de 29%.

o Calcário margoso de cor bege a cinza, medianamente alterado (W3) – Foi

detectado nas sondagens S1 e S2 a profundidades variadas, apresentando uma

possança máxima detectada da ordem de sensivelmente 1.2m. Ostenta

percentagens de recuperação de amostra de 77% e 93% e índice RQD de 62%

a 100%.

Em Anexo a este documento, apresenta-se um corte geológico tipo e a localização das

sondagens para o talude de Mafra-Gare. A análise de todos estes elementos permitiu realizar

um zonamento e uma estimativa para os parâmetros geotécnicos para as cinco zonas diferentes.

Estes valores estão apresentados no Quadro 3.

Quadro 3 – Parâmetros geotécnicos para cada zona geotecnia (JetSJ, 2011a)

Zonas Geotécnicas

γ Φ c’ E’

[kN/m3] [º] [kPa] [MPa]

ZG1 – Aterro 18 a 19 25 - 5

ZG2 – Argilitos 19 a 20 28 10 11

ZG3 – Marga Muito Dura 20 a 21 28 20 18

ZG4 – Marga Rija 20 a 22 28 30 25

ZG5 – Calcários 22 a 24 32 40 20000

O plano de prospecção detectou um nível de água, contudo como não decorreu tempo suficiente

entre a execução das sondagens e a medição do nível de água, assume-se que o nível freático

não está presente em profundidades ao longo das quais se desenvolve esta intervenção.

No caso do talude do Túnel da Sapataria, o único elemento de base por trás da caracterização

do terreno foi a Carta Geológica de Portugal n.º30-D (Figura 40), como já foi atrás referido.

Os taludes em causa estão inseridos num maciço de grés friável com pequenas intercalações

de calcários, correspondente à Camada de Freixial do período geológico Jurássico (JetSJ,

2011a).

49

A instabilização terá sido resultado de um escorregamento do material superficial alterado, de

características mais pobres, ao longo da superfície do talude até ao seu pé (JetSJ, 2011a).

Figura 40 – Extracto da Carta Geológica de Portugal n.30-D (JetSJ, 2011a)

Estando o fenómeno de instabilização bem enquadrado nos dados presentes, não se considerou

necessário, desde que se mantivessem as condições iniciais, a execução de uma campanha de

prospecção geológico-geotécnica.

Para o maciço em causa estimaram-se os seguintes parâmetros geológico-geotécnicos,

presentes no quadro seguinte:

Quadro 4 – Parâmetros geotécnicos para a Camada de Freixial (JetSJ, 2011a)

Complexo

γ ϕ c’ E’

[kN/m3] [º] [kPa] [MPa]

Camada de Freixial 19 32 15 25

Não existe qualquer informação acerca do nível freático. Após visita ao local observou-se que

apesar de existir alguma escorrência superficial, sobretudo na zona de encontro entre o talude e

o muro ala do Túnel, esta provém sobretudo de rega agrícola dos terrenos localizados

superiormente. Desta forma, assumiu-se também a não existência de um nível freático.

50

3.3. Solução Proposta

De acordo com o cenário geológico-geotécnico e com os restantes condicionamentos

evidenciados no capítulo anterior, foram projectadas soluções de estabilização para os dois

taludes em estudo.

Neste capítulo são descritas com um maior grau de pormenor as soluções propostas para o caso

em análise. Por uma questão de facilidade de leitura do documento, as peças desenhadas são

apresentadas no Anexo I.

3.3.1. Muro M1

Para o enquadramento descrito foi proposta a implantação de uma solução de estabilização,

entre a estrada municipal a preservar e a Linha do Oeste. Esta solução foi materializada por uma

parede de contenção de terras e pelo reperfilamento do talude com a introdução de banquetas

estabilizadoras. Assim prevê-se a diminuição da inclinação final, assegurando-se uma maior

segurança global para o talude.

A parede de estabilização e contenção, executada ao abrigo da tecnologia tipo “Munique”, tem

no seu interior perfis metálicos verticais do tipo HEB120. Estes perfis foram realizados

previamente à execução da parede, afastados entre si aproximadamente de 2.00m e colocados

aos pares nos painéis primários e um perfil no meio dos painéis secundários. Foram selados no

terreno com calda de cimento, recorrendo ao sistema IGU (tubo multiválvula e obturador

simples), garantindo comprimentos mínimos de 3,00m para o bolbo de selagem.

Sempre que a parede de contenção apresentava uma altura superior a 3,00m, foram colocadas

microestacas N-80 (API – 5A; Ø114.3x9.0mm com um varão Ø25mm) na viga de coroamento da

contenção, com uma inclinação de 30º para o interior da escavação, com o objectivo de garantir

o escoramento da contenção. A transmissão de cargas das microestacas para o terreno de

fundação, foi garantida através de bolbos de selagem com um comprimento mínimo de 4,00m,

em terrenos com resistências equivalentes a NSPT superior a 60 pancadas e geologicamente

estáveis em relação à geometria do talude. Estes elementos foram colocados no interior de furos

de Ømin=6" (15cm) e submetidos a injecção de preenchimento e de selagem, realizada através

de sistema apropriado: IRS – com recurso a válvulas anti-retorno e obturador duplo, no

comprimento correspondente ao bolbo de selagem.

A solidarização dos vários perfis de microestaca e dos perfis HEB foi executada através de uma

viga de coroamento no topo da parede, previamente à realização da mesma. Após a

concretização do segundo nível de painéis da parede, foi também executada uma viga V1, à

mesma cota do que a sapata da contenção. Desta forma, procurou-se aumentar a solidarização

das microestacas, tentando minimizar os fenómenos de encurvadura.

51

A parede, constituída por painéis primários e secundários, foi efectuada de cima para baixo e na

sequência da escavação para a realização dos painéis. O talude foi ainda reperfilado com a

diminuição da inclinação para 1,5(H):1(V) e com a introdução de banquetas estabilizadoras de

3,00m da largura a cada 6 metros de altura. Este reperfilamento do talude permitiu a recolha não

só das águas pluviais, mas também de algum material superficial que se solte do talude evitando

que os mesmos se depositem na ferrovia.

Para assegurar uma maior e melhor drenagem do maciço do talude foi proposto a inclusão de

uma malha de geodrenos em PVC, crepinados, ao longo de toda a extensão da intervenção,

evitando assim a saturação dos terrenos suportados. Foi previsto ainda o revestimento do talude

com um geossintéticos de protecção do terreno e de fixação de vegetação, incluindo a projecção

de hidrossementeira.

3.3.2. Muro M2

Como descrito, a solução para o muro M2 passou pelo enquadramento do mesmo num espaço

muito condicionado e pela necessidade da intervenção ter o mínimo impacto no normal

funcionamento da via-férrea.

Assim a solução definida para a estabilização dos taludes passou pelo reperfilamento do talude

associado à implementação de um muro de módulos pré-fabricados, em betão armado,

colocados exteriormente às caleiras existentes nas laterais da via, e fundados em trios de

microestacas (um par de barras verticais mais uma barra inclinada a 40º) dimensionadas para

conferir ao muro a resistência e amarração ao terreno necessárias ao correcto funcionamento

do mesmo. As microestacas são do tipo GEWI com um diâmetro de 32mm executados através

de furação com um diâmetro mínimo de 110mm (min.4,5’’), com dupla protecção contra a

corrosão, afastadas entre si de 1,50m e solidarizadas aos módulos do muro através dum

comprimento de entrega, selado através de uma argamassa de retracção compensada. Com

esta selagem todas as cargas transmitidas do talude a estabilizar ao muro são encaminhadas

para o terreno de fundação dos muros.

A solução também contemplou a colocação, a tardoz do muro, de uma camada de enrocamento,

envolta numa membrana de geotêxtil, para a não passagem de finos, garantindo-se deste modo

a extracção da água que se acumule no tardoz do muro e seu posterior encaminhamento para

as caleiras já existentes nas bermas da via.

De modo a possibilitar um reperfilamento do talude, compatível com as necessidades de

estabilidade inerentes à existência de uma via-férrea em funcionamento na base do mesmo, os

módulos instalados como muro de contenção da base do talude foram igualmente utilizados ao

longo da crista do talude. Devido aos menores impulsos de terra apenas foram necessárias as

microestacas verticais para a estabilidade da contenção. Os módulos foram colocados

52

encostados ao terreno e funcionam como apoio ao sistema de drenagem, permitindo a

substituição da caleira existente no topo do talude.

Como já referido, para assegurar a estabilidade global da solução foi proposto igualmente o

reperfilamento do talude existente com a introdução de uma banqueta estabilizadora de 2,00m

de largura, na altura média do talude. A inclinação dos taludes era variável ao longo da

intervenção mas sempre com inclinações iguais ou inferiores a 37º.

Para a recuperação da capa de vegetação do talude foi proposto o revestimento do talude

escavado com um geossintético de fixação de vegetação que dispõe, em primeiro plano, do

objectivo de protecção do talude à erosão causada pelas chuvas e, em segundo plano, do

objectivo da fixação de vegetação, não só a projectada na fase construtiva à própria tela, como

a proveniente da envolvente vegetal que existe no local. Foi ainda proposta a edificação de um

muro em gabiões, no topo do emboquilhamento Poente do Túnel da Sapataria, com a criação de

uma plataforma de espera para a recolha e bloqueio de eventuais blocos que se soltem do talude

imediatamente acima do emboquilhamento do túnel, limitando-se assim a possibilidade de queda

directa de material para a linha.

Por fim foi proposta a aplicação de um revestimento em betão projectado e a execução de

pregagens e geodrenos nas zonas onde estejam expostas descontinuidades do maciço com o

objectivo de prevenir a alteração e degradação do mesmo, limitando-se assim a possibilidade da

consequente queda directa para a via.

3.3.3. Faseamento Construtivo

É de ter em conta que o faseamento construtivo está sujeito a adaptações em fase de obra,

conforme as condições de trabalho e do terreno assim o impuserem. São apresentados no Anexo

I, os desenhos técnicos que ilustram o faseamento dos trabalhos de implementação das soluções

preconizadas.

De reforçar que devido à proximidade à via-férrea, a maior parte destes trabalhos teve que ser

realizada durante o período nocturno. Esta condicionante exigiu um planeamento rigoroso dos

trabalhos por forma a serem cumpridos os prazos previstos em condições de segurança. No

âmbito das soluções apresentadas anteriormente, os faseamentos propostos são apresentados

no Anexo II (JetSJ, 2011a).

3.4. Plano de Instrumentação e Observação

3.4.1. Generalidades

O Plano de Instrumentação e Observação é uma ferramenta que se reveste da maior importância

em obras com forte componente geotécnica. O objectivo é garantir a realização dos trabalhos

em condições de segurança e economia, de uma perspectiva de prevenção e gestão dos riscos,

53

analisando também o comportamento das infra-estruturas vizinhas durante e após a execução

da obra.

Foi proposto um Plano definido a partir da análise dos principais condicionamentos considerados

e que, com maior probabilidade poderão vir a afectar a intervenção. A análise destes

condicionamentos permitiu a quantificação dos principais riscos associados à execução dos

trabalhos (JetSJ, 2011a).

3.4.2. Grandezas mdidas

O Plano de Instrumentação e Observação proposto teve como objectivo permitir a medição,

durante e após os trabalhos de implementação das soluções preconizadas, das seguintes

grandezas:

a) Deslocamentos horizontais e verticais da contenção;

b) Deslocamentos horizontais no interior do maciço a estabilizar.

Visto este caso de estudo consistir em duas soluções diferentes para duas frentes de trabalho

diferentes, o Plano propõe dois perfis principais e distintos de instrumentação.

3.4.3. Meios para a medição

Para aferir as grandezas descritas anteriormente, foram adoptados no Plano os seguintes meios:

Alvos topográficos para a medição das grandezas em a):

o Muro M1 (min. 5 unidades);


Inclinómetros para a medição da grandeza referida em b):


o Muro M2 (min. 4 unidades).

A disposição proposta para a instrumentação encontra-se representada na Figura 41 e na Figura

42. No entanto o número de instrumentos, bem como a sua localização, foram reformulados no

decorrer da obra, em função da avaliação dos pressupostos base do projecto e da evolução do

comportamento das estruturas instrumentadas.

Nestas figuras são apresentadas as localizações dos inclinómetros para os taludes de Mafra-

Gare e da Sapataria, respectivamente.

No talude de Mafra-Gare foram instalados 3 inclinómetros no tardoz da parede de contenção,

junto à rodovia municipal.

54

No talude da Sapataria foram instalados 4 inclinómetros nos taludes, nos mesmos alinhamentos

em planta, superiormente e inferiormente à banqueta estabilizadora.

As leituras de referência (designadas como leitura zero) foram realizadas no dia 16 de Julho em

Mafra Gare, no dia 15 de Novembro para os inclinómetros 4 e 5, no dia 6 de Dezembro para o

inclinómetro 6 e no dia 29 de Novembro para o inclinómetro 7 no talude da Sapataria.

Figura 41 – Localização dos inclinómetros no talude de Mafra-Gare (JetSJ, 2013c).

Por decisão do Dono de Obra, os alvos topográficos apenas foram instalados após conclusão

das paredes em cada zona. Esta decisão foi justificada com o risco de possível danificação dos

alvos por terceiros. Desta forma, não foi possível obter leituras dos deslocamentos das

contenções durante a fase de execução.

Figura 42 – Localização dos inclinómetros no talude do Túnel da Sapataria (JetSJ, 2013c).

55

3.4.4. Características dos aparelhos

Os aparelhos cuja utilização foi definida no Plano de Instrumentação e Observação (JetSJ,

2011a) encontram-se caracterizados adiante:

Alvos topográficos (JetSJ, 2011a):

A instalação de alvos é realizada através da fixação às estruturas, por colagem e/ou selagem,

de placas metálicas planas onde são colocados previamente os alvos. A orientação dos alvos

pode ser corrigida de modo a facilitar as pontarias do equipamento topográfico e

consequentemente, reduzir os erros (1 mm horizontalmente e 1,0mm na verticalmente). As

medições trigonométricas absolutas sem contacto de convergências e deformações previstas

são realizadas utilizando uma estação total com hardware e software indicados para o efeito.

As campanhas consistem na leitura de ângulos e de distâncias para alvos instalados nos

elementos cujos deslocamentos se pretendem determinar. Os pontos de referência, de apoio à

execução das leituras, são localizados em zonas fora da área de influência da obra. Os alvos a

utilizar devem ser do tipo prisma de reflexão total, de forma a compensar a distância a que os

mesmos se localizam dos pontos de referência, permitindo igualmente dispor de uma maior

durabilidade.

As observações topográficas dos prismas que definem e materializam os pontos objecto a

instrumentar devem ser efectuadas com a maior redundância possível, quer angularmente, quer

em distância. As precisões finais do sistema de observação estão estimadas em

aproximadamente ±1mm, quer planimetricamente, quer em altimetria.

Inclinómetros (JetSJ, 2011a):

A medição de deslocamentos horizontais do interior maciço é efectuada através da instalação

de calhas inclinométricas, em furos efectuados à roto-percussão com o diâmetro de 4,5”. O

preenchimento entre as paredes dos furos e as calhas inclinométricas deve ser executado com

material de características deformacionais semelhantes às do terreno.

Neste caso na selagem do inclinómetro, injectou-se calda de água/cimento na relação de ½ na

base da calha e na relação de 1/1 com 5% de bentonite (relativamente ao peso do cimento) no

restante espaço anelar. A selagem do ponto fixo na base do instrumento foi feita a uma

profundidade de cerca 4,00m abaixo do fundo da escavação. Desta forma, as leituras não são

influenciadas pelos trabalhos em execução ou por movimentos deformacionais das estruturas e

dos terrenos adjacentes ao objecto de observação.

As calhas inclinométricas são em PVC-ABS Ø75mm, permitindo a passagem de um sensor

deslizante (torpedo), dotado de pontos de referência (roletes) espaçados de 0,5 ou 1,0m. O

56

torpedo contém dois sensores, do tipo servo-acelerómetros, montados com desfasamento de

90º (graus).

Uma vez dentro do tubo-calha, a profundidade a que se encontra o torpedo é controlada por uma

escala graduada de 0,50m e impressa no próprio cabo eléctrico que liga o torpedo à caixa de

leituras à superfície. O resultado obtido em cada leitura é a distância na horizontal entre os roletes

de referência. Com este valor, para cada profundidade instrumentada é possível construir um

gráfico profundidade/deslocamento horizontal das calhas em qualquer das duas direcções

ortogonais.

Dentro das condições normais de operação, o erro de cálculo da deflexão estimado no topo de

um tubo calha inclinométrica será, em geral, de aproximadamente de 1mm por cada 5m de tubo

calha. Após a finalização da instalação o instrumento é protegido com recurso a uma tampa.

3.4.5. Frequência das leituras

Atendendo às características da obra preconizou-se que o conjunto de aparelhos instalados, ou

a instalar, fossem lidos, durante a execução dos trabalhos, com uma frequência não inferior a

uma vez por semana, durante os trabalhos relativos à construção da estrutura de contenção e

estabilização e do reperfilamento dos taludes. Após a conclusão dos trabalhos deveriam ser

realizados, no mínimo, 3 leituras anuais durante um período mínimo de 5 anos (JetSJ, 2011a).

Os resultados eram apresentados sobre forma gráfica e deveriam ser atempadamente

interpretados e analisados pelos técnicos projectistas das estruturas instrumentadas, em

colaboração com os técnicos da obra e com a Fiscalização. O Plano propunha que o intervalo

de tempo entre cada campanha de leituras e a entrega dos respectivos resultados, não fosse

superior a 3 dias (JetSJ, 2011a).

No total foram realizados 22 relatórios das leituras dos inclinómetros, correspondentes a:

22 leituras para os inclinómetros do talude de Mafra-Gare;

5 leituras para os inclinómetros 4 e 5 do talude da Sapataria;

2 leituras do inclinómetro 6 do talude de Sapataria;

3 leituras do inclinómetro no talude da Sapataria.

A periocidade de uma semana nas leituras dos inclinómetros foi respeitada durante o processo

executivo. As leituras foram efectuadas entre 22 de Julho e 17 de Dezembro de 2013.

3.4.6. Critérios de alerta e alarme

Os critérios de alerta e alarme foram baseados no tipo de solução proposta, na geologia

intrínseca ao local de implementação e aos resultados obtidos nos modelos de cálculo em fase

de projecto. Foram definidos valores de deslocamentos máximos absolutos e deslocamentos

57

relativos para a fase de empreitada e para a fase de serviço. Esta informação encontra-se

resumida no Quadro 5.

Quadro 5 – Critérios de alerta e alarme definidos em projecto (JetSJ, 2011a).

Critério Deslocamentos Absolutos Relativos

Alerta

Horizontais

25 mm 2 mm/semana na Fase de Empreitada 2 mm/mês na Fase de Serviço

Verticais

15 mm

Alarme

Horizontais

40 mm 5 mm/semana na Fase de Empreitada 5 mm/mês na Fase de Serviço

Verticais

25 mm

A interpretação dos valores observados deveria ser realizada de forma comparativa com a dos

valores obtidos nas leituras anteriores. Desta forma é possível uma análise da tendência de

evolução dos deslocamentos, para além da informação dos valores absolutos.

3.4.7. Medidas de reforço

As medidas de reforço que foram preconizadas para serem implementadas face a terem sido

atingidos os critérios de alerta e de alarme, deverão ser analisadas individualmente, mas poderão

compreender (JetSJ, 2011a).

- O reforço do travamento horizontal das estruturas de contenção/estabilização, através da

realização adicional travamentos como por exemplo microestacas e ancoragens;

- O tratamento dos terrenos a estabilizar;

- O reforço da drenagem dos taludes e das estruturas de contenção/estabilização;

- A execução adicional de estruturas de contenção de estabilização e, se necessário,

compatibilizadas com novo reperfilamento dos taludes.

Face à distância reduzida à ferrovia, a importância dos critérios de alerta e alarme e das medidas

de reforço é imperativa. No caso em análise não foram atingidos estes critérios e como tal não

foram necessárias medidas de reforço adicionais. Caso contrário, uma das primeiras medidas a

serem tomadas deveria ser o aviso ao Centro de Comando Operacional da REFER, por forma a

parar o tráfego de comboios evitando desta maneira possíveis acidentes.

58

3.5. Evolução da Obra

Com o intuito de acompanhar a evolução e a execução de alguns processos construtivos, foram

realizadas algumas visitas à obra. De referir que aquando da primeira visita, os trabalhos já iam

bastante avançados tanto na frente de Mafra-Gare como na frente da Sapataria.

Na frente de Mafra-Gare a parede de contenção e as microestacas já estavam executadas,

procedendo-se na altura ao encamisamento destas últimas.Na frente do Túnel da Sapataria,

estavam a ser assentes os módulos pré-fabricados na crista superior do talude. Apesar do estado

avançado da obra aquando do primeiro contacto, foi possível compreender os principais métodos

construtivos graças ao registo fotográfico e sequentes explicações dos responsáveis em obra.

Nos subcapítulos posteriores, serão ilustrados com recurso a fotografias alguns processos

construtivos e a evolução geral da obra. Devido à utilização de um elevado número de imagens,

prescinde-se de remeter exaustivamente o leitor para as mesmas. Serão também apresentados

os principais problemas durante a execução e as diferenças da solução efectivamente executada

para a proposta no projecto.

3.5.1. Talude de Mafra-Gare

Os trabalhos no talude de Mafra-Gare começaram pela execução de furos afastados de 2 metros

para a colocação dos perfis metálicos HEB120. No caso deste talude, a existência de uma

estrada municipal garantiu o acesso directo à plataforma dos trabalhos, como tal foram utilizados

equipamentos de largas dimensões. A furação foi realizada à roto-percussão com o diâmetro

indicado no projecto e utilização de ar para a limpeza dos detritos de furação. Após a realização

do furo, a armadura foi colocada dentro do mesmo com auxílio de uma grua, até a profundidade

projectada, sendo por fim selada por gravidade com calda de cimento (Figura 43).

Figura 43 – Furação e colocação dos perfis metálicos (JetSJ, 2013a)

59

Após a selagem dos perfis, procedeu-se à furação e selagem das microestacas inclinadas. A

furação foi efectuada com o mesmo equipamento utilizado anteriormente, no entanto foi realizada

com um ângulo de cerca de 30º com a vertical e para o interior do talude.

Figura 44 – Furação e selagem das microestacas (JetSJ, 2013a)

De seguida iniciou-se a execução da parede de contenção propriamente dita. Esta parede seguiu

o faseamento construtivo tradicionalmente empregue em contenções do tipo Munique, no

entanto a estabilidade face aos impulsos do terreno foi garantida por microestacas, ao invés das

tradicionais ancoragens ou escoramentos.

Primeiramente foi executada a viga de coroamento periférica por troços de 15,00 m.

Figura 45 – Execução da viga de coroamento (JetSJ, 2013a)

Realizada a viga de coroamento, iniciou-se a execução faseada, de cima para baixo, da parede

de contenção em painéis alternados, usualmente designados de primários e secundários. A

construção de cada painel implicou a seguinte sequência de operações:

Escavação para a abertura dos painéis primário, com escavadora, deixando banquetas

de terreno nas zonas correspondentes aos painéis secundários;

60

Montagem da armadura do painel, aonde se incluiu a armadura de ligação entre painéis

laterais e painel imediatamente subjacente;

Cofragem do painel, com recurso a taipais metálicos escorados através de extensores

contra o terreno;

Betonagem com recurso a manga e balde de descarga lateral;

Remoção da cofragem e saneamento do “bico de pato” e das ligações adjacentes laterais

ou subjacentes, um dia após a betonagem;

Execução dos painéis secundários.

Esta sequência de operações foi mantida e repetida consecutivamente até ser atingida a cota

prevista para o fundo da escavação. Foram executados dois níveis de painéis.

Atingida a cota de fundo da escavação, foi executada por troços alternados a sapata periférica

da parede de contenção. Após a sapata periférica foi ainda realizada a viga V1 para o travamento

das microestacas.Na Figura 46 é possível observar algumas destas operações:

Figura 46 - Execução da parede de contenção (JetSJ, 2013a)

Após a escavação e betonagem da viga V1, observou-se que os tubos-armadura das

microestacas ficavam expostos. Desta forma, foi necessário proceder ao seu encamisamento.

Para este efeito foi colocada uma armadura helicoidal exteriormente aos tubos-armadura. De

maneira a garantir o correcto posicionamento e o recobrimento necessário foram utilizados

acessórios como espaçadores e centradores. Para conseguir betonar a peça de uma maneira

contínua, foi utilizada uma cofragem metálica constituída por duas peças semicilíndricas

aparafusadas. Na Figura 47 são demonstrados alguns pormenores do encamisamento das

microestacas.

61

Figura 47 - Encamisamento das microestacas (JetSJ, 2013a)

Após a betonagem das microestacas e estando a parede de contenção concluída, procedeu-se

ao reperfilamento com as inclinações definidas em projecto e com a inclusão de banquetas

estabilizadoras intermédias. Foram também executados os furos e colocados os geodrenos para

drenagem transversal e os restantes órgãos de drenagem do talude.

Seguintemente lançou-se o enrocamento constituinte da máscara drenante, separado do talude

através de geotêxtil. Colocaram-se as telas de revestimento e projectou-se a hidrossementeira.

Na Figura 48 é possível observar o aspecto final da solução de contenção para o talude de Mafra-

Gare:

Figura 48 – Aspecto final do talude de Mafra-Gare (JetSJ, 2013a)

62

3.5.2. Talude do Túnel da Sapataria

Os trabalhos junto ao Túnel da Sapataria começaram pela criação de uma plataforma de trabalho

no topo do talude, realizando para o efeito uma escavação e desmatação com recurso a

escavadora giratória sobre lagartas.

Durante a escavação foi intersectado uma pequena vala em pedra que delimitava os terrenos

públicos geridos pela REFER, dono de obra, e a propriedade privada. Esta vala teve que ser

demolida e foi substituída posteriormente à implantação dos muros pré-fabricados que também

funcionam como apoio ao sistema de drenagem. Na Figura 49 é possível observar as operações

de escavação para a criação da plataforma de trabalho.

Figura 49 – Escavação para a criação da plataforma de trabalho (JetSJ, 2013a)

Após estar criada a plataforma de trabalho, procedeu-se à projecção de betão armado reforçado

com fibras metálicas. O betão foi aplicado na área compreendida entre a crista do talude e a cota

de topo prevista para os módulos pré-fabricados. A espessura aplicada de betão foi de 5 cm, por

via húmida e efectuada o mais perpendicularmente possível a cerca de 1 m de distância do

talude.

Figura 50 – Projecção de betão reforçado com fibras metálicas (JetSJ, 2013a)

63

Seguidamente à aplicação do betão projectado procedeu-se à execução das microestacas de

fundação dos muros pré-fabricados. De relembrar que cada muro, na crista do talude, foi fundado

em 4 microestacas: 2 verticais e 2 horizontais.

A furação foi realizada à rotação com recurso a trado até a uma profundidade média de 5,50m,

sendo depois introduzida no furo a microestaca pré-injectada, com varão de aço de 32 mm e

tubo corrugado.

O passo seguinte foi a selagem por gravidade com calda de cimento em todo o comprimento.

Foi efectuada a partir do fundo e de forma a garantir o perfeito envolvimento e preenchimento da

secção do furo.

Após a selagem foi efectuada uma primeira injecção apenas através da válvula inferior do tubo

de aço, para preenchimento do espaço anelar compreendido entre as paredes do furo e a face

exterior do tubo corrugado.

Um dia após a selagem, iniciaram-se as injecções com calda de cimento através de todas as

válvulas, de baixo para cima, de maneira a criar o bolbo de selagem. As operações de injecção

foram finalizadas à medida que as válvulas mediam pressões de injecção entre os 30 e 40

kg/cm2. Na Figura 51 é possível observar as operações de execução das microestacas:

Figura 51 – Execução de microestacas no topo do talude (JetSJ, 2013a)

Estando executadas todas as microestacas, procedeu-se à implantação dos muros pré-

fabricados. Esta operação foi muito morosa devido à precisão requerida para compatibilizar os

negativos de cada muro com a posição das microestacas. Esta dificuldade foi traduzida da pior

maneira, tendo sido deixadas juntas desfasadas e abertas entre módulos. A solução encontrada

para a selagem das juntas será explicitada em maior detalhe na secção 3.5.3 da presente

dissertação.

64

As microestacas foram solidarizadas aos módulos do muro através de um comprimento de

entrega aparafusado e selado através de uma argamassa de retracção compensada. Assim,

todas as cargas transmitidas do talude ao muro serão encaminhadas para o terreno de fundação,

como aliás já foi descrito na presente tese.

Figura 52 – Implantação dos módulos pré-fabricados (JetSJ, 2013a)

Concluída a selagem das microestacas, efectuou-se o preenchimento do tardoz dos módulos

com recurso a betão auto-nivelante. Esta operação é ilustrada na Figura 53:

Figura 53 – Preenchimento do espaço entre o terreno e a face dos módulos (JetSJ, 2013a)

Então, iniciaram-se os trabalhos de terraplanagem para o reperfilamento do talude, de cima para

baixo e com recurso à escavadora giratória sobre lagartas. Simultaneamente foi executada a

máscara drenante na secção do talude próxima aos muros-ala do Túnel da Sapataria. O

enrocamento, com dimensões médias entre os 0,25 e 0,40 m, foi aplicado sobre uma manta

geotêxtil de separação.

Na Figura 54 é possível observar a proximidade à linha férrea durante estas operações.

65

Figura 54 – Reperfilamento do talude (JetSJ, 2013a)

Foram também realizadas as furações e instalações dos geodrenos sub-horizontais e

inclinómetros nas posições definidas em projecto.

Em seguida, procedeu-se à execução das microestacas e implantação dos módulos pré-

fabricados no pé do talude. Esta foi a operação mais complexa do ponto de logística, pois por

falta de acessos, foi necessário efectuá-la com recurso a equipamentos motorizados que

circulavam sobre os carris (dresines). Estes equipamentos só podiam circular num período de

interdição nocturno definido no caderno de encargos. As dresines eram preparadas de dia na

estação ferroviária da Malveira. Sobre estes veículos eram colocados os equipamentos e

materiais necessários para cada dia. Após dada a indicação pela REFER que a via estava

interdita, a dresine partia da estação da Malveira para o local dos trabalhos.

Para além deste pormenor, a implantação dos módulos procedeu-se de maneira análoga aos

módulos realizados na crista do talude. Na Figura 55 é possível observar a máquina de furação,

sobre a dresine a realizar os furos para as microestacas.

Figura 55 – Furação no pé do talude em horário noturno (JetSJ, 2013a)

66

O nivelamento e posicionamento dos módulos foi uma vez mais um trabalho moroso e com baixo

rendimento, agravado ainda por ser realizado no período nocturno. O tardoz do muro foi forrado

com manta geotêxtil, sobre a qual foi colocado enrocamento. Desta forma, a água que percola o

talude é drenada e encaminhada para a caleira existente à frente dos módulos. De notar que os

muros pré-fabricados tem boeiros que permitem a saída de água.

Figura 56 – Implantação e preenchimento do tardoz dos módulos (JetSJ, 2013a)

Após esta tarefa, o talude foi revestido com um geossintético de fixação de vegetação, a

banqueta foi betonada e foram concluídas as caleiras e caixas de ligação. Na Figura 57 é

possível observar o aspecto final do talude:

Figura 57 – Aspecto final do talude da Sapataria (JetSJ, 2013a)

67

3.5.3. Problemas de Execução e Alterações ao Projecto

Em qualquer empreendimento, mas com mais incidência nas obras com forte componente

geotécnica, o projecto é realizado com base em determinados pressupostos. Estes pressupostos

podem não ser verificados no local sendo necessária uma agilização dos métodos e das

soluções. Neste subcapítulo apresentam-se alguns dos problemas que surgiram durante a

execução e algumas alterações que foram feitas relativamente ao que estava preconizado.

Mafra-Gare

No que diz respeito ao talude de Mafra-Gare, os trabalhos decorreram sem grandes problemas

nomeadamente na abertura dos painéis do muro de Munique, fase onde muitas vezes ocorrem

acidentes devido à descompressão dos terrenos. No entanto existiram algumas dificuldades no

encamisamento das microestacas e na ligação destas à viga de coroamento.

Uma vez que o acesso foi feito por cima, houve a necessidade de execução das microestacas

para o interior do talude com sequente escavação e criação de plataformas de trabalho. Desta

forma as armaduras das plataformas ficaram expostas e teve que se proceder ao seu

revestimento, com alguma dificuldade como aliás já foi exposto em 3.5.1. Uma maneira de ter

evitado este problema, poderia ter sido o encamisamento/betonagem das microestacas durante

a furação.

Outra dificuldade revelou-se durante a solidarização das microestacas com a viga de

coroamento. De forma a resolvê-la, foram deixados ferros de espera com o comprimento de

empalme e picou-se o betão antigo para promover aderência com o betão novo. Na Figura 58 é

possível observar o pormenor dos ferros de espera.

Figura 58 – Pormenor na ligação entre microestacas e viga de coroamento (JetSJ, 2013a)

68

De seguida procedeu-se à betonagem fazendo recurso da cofragem especial já descrita e no fim

procedeu-se a um trabalho de acabamento com uma argamassa de reparação estrutural. Esta

solução não foi a ideal e poderia ter sido melhorada. Na Figura 59 é possível observar o aspecto

final da ligação entre microestaca e viga de coroamento.

Figura 59 – Acabamento na ligação entre microestacas e viga de coroamento (JetSJ, 2013a)

Sapataria

No talude da Sapataria foi onde houve mais problemas de execução bem como algumas

alterações ao projecto. Uma das questões foi o das juntas desfasadas que já foi identificado

nesta dissertação. Como já foi ilustrado, durante a implantação dos módulos pré-fabricados

houve muitas juntas que ficaram afastadas. Ora sendo estes módulos um complemento aos

órgãos de drenagem, foi de extrema importância garantir a estanqueidade do sistema. Para além

disso e do ponto de vista estrutural, todos os módulos deveriam funcionar em conjunto como um

bloco. Se as juntas fossem deixadas abertas isto não aconteceria, podendo cada módulo mover-

se relativamente aos seus vizinhos. Numa primeira análise ao problema foram identificadas duas

situações distintas: juntas abertas e juntas desfasadas (Figura 60).

Figura 60 – a) Juntas abertas; b) Juntas desfasadas (JetSJ, 2013a)

69

As juntas abertas podem ser caracterizadas como juntas entre módulos em contacto, nivelados

e paralelos um ao outro. Por outro lado as juntas desfasadas manifestam-se entre módulos não

nivelados, com um certo ângulo entre eles o que aumenta o espaço a selar. Para estes dois tipos

de situação foram definidas duas soluções diferentes. Na Figura 61 é possível ver um esquema

das soluções de selagem dos dois tipos de juntas:

Figura 61 – Selagem: a) Juntas desfasadas; b) Juntas abertas (JetSJ, 2013b)

No caso das juntas desfasadas de espaldas exteriores, a solução passou pelo preenchimento

aferrolhado com argamassa não retráctil numa espessura mínima de 5 cm. Os ferrolhos foram

selados aos módulos com resina epóxi e as superfícies que viriam a ficar em contacto com a

argamassa forma picadas e limpas por forma a garantir aderência. As juntas interiores foram

preenchidas com mástique de poliuretano e seladas com recurso ao sistema de Sikadur-

Combiflex® da Sika® que combina a utilização de uma cola de base epóxi com uma banda

elastómera de polietileno. No caso das juntas abertas apenas se procedeu ao preenchimento

das juntas com mástique de poliuretano com a sequente selagem com recurso ao mesmo

sistema da Sika®.

Figura 62 – Selagem exterior e interior de juntas (JetSJ, 2013a)

70

No talude da Sapataria houve algumas soluções preconizadas no projecto que não foram de

facto implementadas, nomeadamente o muro de gabiões e reperfilamento sobre o túnel e as

pregagens e projecção de betão sobre o maciço do lado direito da linha.

Na fase de desmatação/limpeza verificou-se a existência de um muro em enrocamento

argamassado na zona de implantação do muro de gabiões previsto no Projecto. Após análise,

não se conseguiu aferir a espessura do muro nem se o mesmo fazia parte do sustimento do

túnel. A demolição deste muro para a colocação do muro de gabiões, poderia instabilizar a

abobada do túnel. Para além do mais, notou-se que acima do muro em enrocamento existia uma

bancada rochosa de arenito calcário com uma espessura de cerca de 1,90 m e alguma vegetação

cortada. Em virtude de este talude já ter uma geometria aproximada à do Projecto e ao facto de

as raízes da vegetação conferirem alguma ancoragem ao terreno, decidiu-se não se realizar o

reperfilamento nem o muro de gabiões. Na Figura 63 é possível observar o emboquilhamento do

túnel da Sapataria, aonde estava programa ser implantado o muro de gabiões.

Figura 63 – Emboquilhamento do túnel da sapataria (JetSJ, 2013a)

De forma análoga, aquando da desmatação do talude do lado direito da via, verificou-se que não

existiam descontinuidades no maciço rochoso. O Projecto de Execução previa o tratamento do

talude com recurso a pregagens e betão projectado. Porém, após análise concluiu-se que o

maciço se apresentava estável e sem sinais de fracturas, prescindindo-se assim dos trabalhos

previstos para aquela zona. É de referir a importância do acompanhamento das obras para

possibilitar o ajuste das soluções em tempo útil.

Por fim, houve a necessidade de instalação de uma valeta em meia cana de Ø300 mm na crista

do talude, em toda a extensão do betão projectado. Já aqui foi exposto que o talude se situa

numa zona de depressão, com afluência de caudais elevados originários dos terrenos

superiores. Como tal, existia a hipótese de caudais afluírem e infiltrarem-se no betão projectado,

degradando-o. Com a instalação da valeta, anula-se este risco e encaminham-se os caudais

para a vala de drenagem, através de uma descida de talude.

71

4. Modelação Numérica

Por forma a modelar a solução implementada (M1, secção ST9) fez-se recurso da ferramenta de

cálculo automático Plaxis 2D v8.2. Este software aplica o método dos elementos finitos para a

obtenção de deslocamentos e deformações de um determinado cenário geológico-geotécnico,

segunda uma geometria bem definida.

No âmbito desta dissertação, a modelação teve como objectivo a estimativa de valores de

deslocamentos passíveis de serem comparados com os deslocamentos medidos em obra

através da instrumentação.

4.1. Solução Modelada

A modelação deste caso de estudo incidiu sobre a secção ST9 do muro M1, correspondente ao

perfil transversal do Pk 33+560 da Linha do Oeste. A escolha desta secção deveu-se ao facto de

ser a mais condicionante do ponto de vista de altura de escavação/parede de contenção e da

proximidade do inclinómetro IC-2. Desta forma a comparação entre deslocamentos estimados e

medidos espera-se mais fidedigna.

Neste tipo de análise é usual recorrer-se a algumas simplificações. Primeiramente a

consideração de um estado plano de deformação. Esta consideração afasta o modelo da

realidade, porém torna a análise mais simples e computacionalmente mais rápida (F. Carvalho,

2013). Por outro lado, apenas foram modeladas a camada superficial de aterro (ZG1) e o corpo

do maciço de Marga (ZG4). Na modelação das microestacas desprezou-se a capacidade

resistente do betão de revestimento e suas armaduras contíguas.

4.1.1. Definição da geometria

O talude modelado desenvolve-se longitudinalmente numa extensão muito grande, como tal

assumiu-se que no modelo podia ser considerado um estado plano de deformação. Este estado

de deformação pressupõe que os campos de tensões e deformações não variam

longitudinalmente (F. Carvalho, 2013). Toda a análise incidiu sobre o perfil tipo ST9 perpendicular

ao plano de desenvolvimento. Este perfil tem dimensões de cerca de 50x25m (h x v) tendo o

talude em si um desenvolvimento horizontal de 20m, por um desenvolvimento vertical de 15m.

A definição do modelo iniciou-se pela criação de uma janela, no software, de 70 m de largura e

de 30 m de altura. Desta forma tentou-se que as fronteiras do modelo não influenciassem as

condições do solo junto à estrutura de contenção. De seguida desenhou-se a geometria do

modelo recorrendo ao comando Geometry Line. Tentou-se representar de forma mais fidedigna

possível o relevo inicial do talude. Do ponto de vista do terreno apenas foram modeladas duas

zonas geotécnicas: uma camada de 2 metros no topo do talude de aterros (ZG1) e as margas

rijas que formavam o resto do corpo do talude (ZG4).

72

Foram também definidas as linhas correspondentes às fases de escavação de acordo com o

processo construtivo observado. Na zona da parede de contenção, consideraram-se dois níveis

de escavação, cada um com 2,5 metros. Definiram-se ainda mais duas fases de escavação

correspondentes à criação da banqueta intermediária e ao posterior reperfilamento do talude até

à base.

Modelaram-se ainda as microestacas, a parede de contenção e um pequeno muro pré existente

na base do talude. Estes elementos foram modelados com recurso à ferramenta Plate. A parede

de contenção foi modelada com 6 m de comprimento e apoiada num perfil HEB de 6 m. As

microestacas inclinadas foram modeladas com um comprimento de cerca de 17 m. Foi ainda

modelada uma sobrecarga de 10 kN/m2 devido à rodovia existente na crista do talude.

Com todos os elementos desenhados procedeu-se à geração das condições de fronteira

recorrendo ao comando Standart Fixities. Desta forma, consideraram-se apoios móveis

lateralmente, que só permitem deslocamentos verticais, e na base do modelo consideraram-se

apoios fixos, que impossibilitam deslocamentos em qualquer direcção.

Com base nas evidências do relatório de prospecção e do acompanhamento no terreno da obra,

não se considerou qualquer nível freático capaz de influenciar o cálculo do programa.

O resultado da definição da geometria descrita acima é representado na Figura 64:

Figura 64 – Geometria do modelo

4.1.2. Características dos materiais

Uma vez definida a geometria do modelo, resta caracterizar os diferentes materiais

intervenientes. A resistência e rigidez dos materiais são caracterizadas por metro linear, uma vez

que se considera uma análise bidimensional.

73

Tendo por base o relatório geológico-geotécnico (JetSJ, 2011b), utilizaram-se os seguintes

parâmetros para o critério de rotura de Mohr-Coulomb:

Quadro 6 - Caracterização das zonas geoténicas modeladas

Mohr-Coulomb ZG1 (Aterro) ZG4 (Marga rija)

γunsat [kN/m3] 19 22

γsat [kN/m3] 21 24

E [kN/m2] 5000 25000

ν 0,3 0,3

Φ[º] 25 28

Ψ[º] - -

Para os elementos estruturais foram estimados os valores apresentados no Quadro 7.

Quadro 7 – Caracterização dos elementos resistentes

Elementos Resistentes Micro-Estacas Perfil HEB Parede de Betão

Tipo de material Elástico Elástico Elástico

EA [kN/m] 208400 357000 9900000

EI [kN2/m] 291 908 74250

w [kN/m/m] 0,6 0,6 4,5

ν 0,3 0,3 0,2

Após a geometria estar bem definida e os materiais caracterizados, procedeu-se à geração da

malha de elementos finitos. Recorrendo ao comando Mesh do Plaxis, e escolhendo um

refinamento da malha Fine, obteve-se uma malha com 881 elementos e 7215 nós apresentada

na Figura 65.

Figura 65 – Malha de elementos finitos

74

4.1.3. Faseamento construtivo e cálculos

Após a malha de elementos finitos estar definida, foi necessário definir as tensões iniciais no

terreno. O software Plaxis oferece a possibilidade de gerar as tensões iniciais automaticamente

pelo procedimento K0. No entanto este procedimento só se aplica quando a interface entre as

camadas de solo existente é horizontal, o que não aconteceu no modelo em estudo. O problema

foi ultrapassado através da criação de uma etapa, designada de Tensões Iniciais como é

apresentado no Quadro 8.

Quadro 8 – Etapas do processo construtivo modelado

Etapas do Faseamento Construtivo

Fase 0 Fase Inicial

Fase 1 Tensões Iniciais

Fase 2 Sobrecarga da Estrada

Fase 3 Execução do Perfil HEB

Fase 4 Execução das Micro Estacas

Fase 5 Execução do 1º Troço de Parede

Fase 6 Escavação do 1º Troço






A Fase 0 – Fase Inicial, é uma fase que vem por defeito pelo Software e que não pode ser

alterada. A Fase 1 – Tensões Iniciais permite gerar as tensões iniciais no solo devido ao peso

dos mesmos. Para efeitos de modelação e porforma a emular os fenómenos pretendidos,

selecionou-se no separador Parameters, na opção Loading Input como Total Multipliers. Na Fase

3 – Execução do Perfil HEB, modelou-se a execução do perfil metálico. Para o efeito activou-se

o respectivo elemento plate e definiu-se o material do mesmo como o corresponde ao perfil

metálico. Na Fase 4 – Execução das Micro Estacas, procedeu-se de forma análoga, activando

os elementos plate e definindo o material correspondentes. Na Fase 5 – Execução do 1º Troço

de Parede, alterou-se o material do plate representativo de perfil HEB para parede de betão.

Desta forma, desprezou-se a capacidade resistente do perfil, face à da parede. Na Fase 6 –

Escavação do 1º Troço, desactivou-se a fatia de solo correspondente ao primeiro troço de

escavação. Na Fase 7 – Execução do 2º Troço e Fase 9 – Execução do 3º Troço, procedeu-se

de forma semelhante à Fase 5. Na Fase 8 – Escavação do 2 Troço, Fase 10 – Escavação do 3

Troço e Fase 11 – Escavação do 4º Troço, procedeu-se de forma semelhante à Fase 6. Na Fase

2 – Sobrecarga da Estrada, activou-se a carga corresponde à circulação de veículos no tardoz

da parede de betão. No Anexo III, apresentam-se as representações de cada fase da modelação.

75

Foram ainda definidas duas fases de cálculo do tipo Phi/c reduction com o objectivo de avaliar a

evolução relativa dos factores de segurança da obra modelada, antes e depois da intervenção.

4.1.4. Análise de Resultados

Uma vez definido o faseamento construtivo, correu-se o programa de forma a obter os valores

dos deslocamentos, deformações e esforços pretendidos. Na Figura 66 é possível observar a

malha deformada.

Figura 66 – Configuração deformada do muro M1 no final da escavação

Da observação da Figura 66, é possível reparar nos deslocamentos verticais ascendentes. O

levantamento do solo pode indicar pode indicar algumas deficiências no modelo, relacionadas

com o valor do módulo de deformabilidade na descarga. Esta situação não foi considerada crítica,

face ao reduzido valor dos deslocamentos verticais e, sobretudo, ao principal objectivo de

comparar deslocamentos horizontais.

De forma a comparar os resultados da modelação com os obtidos por via da modelação, gerou-

se um gráfico com os deslocamentos horizontais acumulados no inclinómetro IC-2, instalado no

tardoz do muro, ao longo do curso de toda a obra. O resultado gráfico deste estudo é apresentado

no Anexo IV. Após análise deste gráfico, notou-se que os deslocamentos mais condicionantes

ocorreram na fase de escavação e execução da parede de betão (18-09-2013).

Para poder comparar os deslocamentos horizontais medidos com os resultantes da modelação,

decidiu-se escolher o conjunto de valores do dia 18 de Setembro de 2013 e confrontrá-los com

os deslocamentos horizontais modelados da Fase 7 – Escavação do 2º Troço. O resultado é

apresentado na Figura 68. No Anexo III, são apresentados os resultados gráficos e numéricos

dos deslocamentos horizontais e verticais totais no solo, bem como os deslocamentos e esforços

na parede.

76

Da análise das fases de cálculo Phi/c reduction, é possível observar que o factor de segurança

em termos de estabilidade global do talude para as acções estáticas, aumentou de 1,6 para 2,0

(Figura 67).

Figura 67 – Análise da evolução do FS para acções estáticas antes e depois da intervenção

Da análise da Figura 68, pode constatar-se que o campo de deslocamentos reais e modelados

segue uma distribuição semelhante em profundidade.

Figura 68 – Comparação de deslocamentos horizontais reais e resultantes da modelação

O deslocamento horizontal máximo real foi de 7,96 mm, enquanto o deslocamento horizontal

modelado foi de 3,20 mm. Ambos os deslocamentos máximos estão nas mesmas ordens de

grandeza e longe dos valores de alerta (15 mm) e alarme (25 mm). A diferença entre os valores

máximos pode ser explicada por um diverso conjunto de factores. Primeiramente, o

77

incumprimento do faseamento construtivo para a parede de Munique poderá ter resultado na

obtenção de deslocamentos maiores em obra. Por outro lado, a caracterização dos materiais e

o modelo constitutivo utilizado podem também ter contribuído para a disparidade nos valores.

Tendo em conta que os deslocamentos obtidos foram bastante reduzidos, seria importante

pensar em possíveis soluções alternativas para a estabilização dos taludes.

78

5. Considerações Finais

5.1. Conclusões

Concluído o presente trabalho, é possível constatar que os principais objectivos inicialmente

propostos foram antingidos de forma satisfatória. O tema e estudo desenvolvidos pretendiam ser

um contributo para a problemática de instabilização de taludes junto a plataformas ferroviárias.

Com este propósito em mente, a revisão bibliográfica, o acompanhamento dos trabalhos no

terreno, a análise comparativa dos resultados da instrumentação e a componente de modelação

realizada, consideram-se relevantes para o estado do conhecimento científico actual, nesta área

tão particular.

A pesquisa bibliográfica efectuada permitiu compilar o conhecimento actual acerca da evolução

geomorfológica de taludes, dos principais factores e causas responsáveis por instabilizações e

das possíveis soluções de estabilização que um Engenheiro Civil tem ao seu dispor. Foram

também suncintamente descritos os principais métodos numéricos de análise de estabilidade em

taludes.

O acompanhamento da obra no local demonstrou a importância das condicionantes locais

específicas deste caso, nomeadamente a proximidade à linha férrea e à via de circulação

rodoviária, o espaço reduzido e as débeis acessibilidades bem como a heterogeneidade das

formações geológico-geotécnicas. A impossibilidade de interrupção do serviço ferroviário foi de

facto uma condicionante de peso que não só influenciou o dimensionamento da solução mas

também a sua implementação. No caso do muro M2 acresceu ainda a proximidade ao

emboquilhamento de um túnel centenário, visando a solução proposta, a minimização do tempo

de realização e garantia da segurança, economia e enquadramento da obra. Destaca-se a

importância da instrumentação e a respectiva interpretação como uma prática de extrema

importância em obras de forte cariz geotécnico, embora no presente caso os deslocamentos

medidos estivessem enquadrados com o esperado e fossem pouco significativos face aos

critérios de alerta e alarme.

Relativamente à modelação numérica da solução preconizada para o muro M1, a análise

efectuada permitiu concluir que existem algumas limitações na utilização do software Plaxis para

a modelação a duas dimensões para paredes de contenção tipo Munique. O efeito de arco criado

pelas banquetas de solo, aquando da abertura dos painéis primários, não é passível de ser

contemplado neste tipo de análises o que tem influência directa nos resultados dos

deslocamentos. Por outro lado, o software Plaxis não será a melhor ferramenta para a análise

de estabilidade de taludes, sobretudo quando as interfaces entre camadas de solos não são

horizontais. No entanto como o objectivo final era a comparação de deslocamentos, fez sentido

a utilização da ferramenta. Ressalva-se que um estudo mais completo incluiria a análise

complementar pelo método de equílibrio limite com recurso a software adequado.

79

Os resultados obtidos estão de acordo com o previsto, apesar de algumas diferenças entre os

deslocamentos horizontais resultantes da instrumentação face aos modelados. Esta diferença

pode ser explicada por uma menos boa calibração dos parâmetros geotécnicos do solo, que

poderam não descrever o real comportamento do mesmo. Também o comportamento estrutural

agregado entre os elementos resistentes pode não ter sido concretizado no modelo o que poderá

ter levado à obtenção de deslocamentos diferentes. Para além destes factores, a não

concretização integral do faseamento construtivo previsto poderá ter influenciado os

deslocamentos medidos em obra.

5.2. Desenvolvimentos Futuros

O tema abordado nesta dissertação, apesar de ser bastante específico, é passível de ser

extendido e complementado. Neste sentido, apresentam-se de seguida alguns aspectos que

poderiam ter sido desenvolvidos neste documento e outras possíveis vias de investigação:

Modelação em elementos finitos (2D ou 3D) para a solução preconizada para o muro

M2. A utilização de blocos de betão pré-fabricados e a proximidade ao emboquilhamento

do túnel podem resultar num problema não trivial com interesse científico;

Estudo de ambas as soluções (muro M1 e M2) através do Método de Equilíbrio limite,

analisando factores de segurança e o balanço entre forças resistentes e

desestabilizadoras;

Realização de uma retroanálise com variação de parâmetros de solo e de elementos

resistentes e também utilizando outros modelos constitutivos. Desta forma seria possível

inferir com mais certezas acerca do comportamento real das contenções e prever

comportamentos futuros de estruturas semelhantes;

Discussão de possíveis soluções alternativas, face aos condicionalismos únicos do caso

de estudo.

80

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83

Anexos

84

Anexo I – Peças Desenhadas

Figura 69 – Solução tipo para o muro M1 (JetSJ, 2011c)

Figura 70 – Faseamento construtivo 1 (JetSJ, 2011c)

85

Figura 71 - Faseseamento construtivo 2 (JetSJ, 2011c)

Figura 72 - Faseamento construtivo 3 (JetSJ, 2011c)

Figura 73 – Faseamento construtivo 4 (JetSJ, 2011c)

86




87



Figura 79 – Pormenor ligação micro-estaca à parede (JetSJ, 2011c)

88

Figura 80 – Solução tipo para o muro M2 (JetSJ, 2011c)


89




90


Figura 86 – Pormenor construtivo (JetSJ, 2011c)

91

Anexo II – Descrição do faseamento construtivo

Muro 1:

a) Realização de vistorias e eventual desvio de infra-estruturas enterradas localizadas nas zonas de intervenção,

levantamento topográfico para a confirmação dos elementos que serviram de base ao projecto;

b) Remoção e acondicionamento do enrocamento da máscara drenante bem como das guardas laterais da via

rodoviária existente no topo do talude;

c) Demolição do muro de Gabiões, órgãos de drenagem transversal presentes no talude e eventual remoção e

colocação de novas tampas na drenagem longitudinal da via;

d) Execução da plataforma de trabalho para a colocação dos equipamentos de furação, execução do furos com

um diâmetro de 200mm (min. 8"), para os perfis HEB120, e com um diâmetro de 150mm (min. 6"), para a

colocação das microestacas com o varão ∅25mm no seu interior, incluindo eventual necessidade de pequena

terraplenagens;

e) Execução das microestacas e colocação dos perfis verticais, com o comprimento total e a selagem mínima dos

perfis no maciço competente. A selagem das microestacas e dos perfis deverá realizar-se com calda de

cimento de características apropriadas, com recurso ao sistema de injecção IRS, (válvulas anti-retorno e a

obturador duplo), e no caso dos Perfis HEB recorrendo ao sistema IGU (tubo multiválvulas e obturador simples)

em terrenos competentes (Nspt > 60 pancadas) e geologicamente estáveis em relação à geometria final do

talude;

f) Instalação e zeragem dos inclinómetros, conforme previsto no Plano de Instrumentação e Observação;

g) Execução da viga de coroamento da parede de estabilização e contenção;

h) Execução, de cima para baixo, dos painéis primários e do revestimento das microestacas inclinadas conforme

assinalados nas peças desenhadas. Para cada nível, deverão iniciar-se os trabalhos pela realização dos

painéis primários, seguida dos secundários. Refira-se que, com excepção de situações devidamente

justificadas, e previamente aprovadas pela Fiscalização, não deverão realizar-se, em simultâneo, dois painéis

primários consecutivos, deixando apenas um secundário de intervalo. Cada painel será executado a partir de

uma escavação localizada, após a qual se colocam as armaduras e se procede à respectiva betonagem;

i) Repetição do passo h) até atingir a cota de topo da sapata de fundação;

j) Execução da sapata de fundação da parede de contenção, da viga V1 e do troço inferior do revestimento das

microestacas inclinadas;

k) Instalação e zeragem dos alvos topográficos na parede de conforme Plano de Instrumentação e Observação;

l) Conforme a geometria definida nas peças desenhadas, execução da escavação do talude com a inclinação de

1,5(H):1(V), incluindo introdução de baquetas estabilizadoras, colocação das mascaras drenantes com

geotêxtil entre o enrocamento e o talude, e colocação da tela de revestimento do talude, incluído a projecção

de hidrossementeira;

m) Instalação dos órgãos de drenagens a tardoz da parede de contenção, do muro existente no lado direito da

linha e no pé dos taludes e colocação de geodrenos da parede de contenção, conforme as peças desenhadas;

n) Limpeza e eventual reconstrução dos sistemas de drenagem existentes;

o) Reconstrução da via rodoviária existente, com a recolocação das guardas laterais, no topo do talude.

Muro 2:

a) Realização de vistorias e eventual desvio de infra-estruturas enterradas localizadas nas zonas de intervenção,

levantamento topográfico para a confirmação dos elementos que serviram de base ao projecto;

b) Desvio das águas drenadas transportadas pela vala existente na crista do talude para a caleira adjacente à via

ferroviária;

c) Execução da plataforma de trabalho, conforme as Peças Desenhadas, para a colocação dos equipamentos de

furação, execução dos furos com um diâmetro de 110mm (min.4.5") para a colocação das microestacas,

incluindo eventual necessidade de pequenas terraplenagens;

92

d) Execução das microestacas com o comprimento total e a selagem mínima dos perfis no maciço competente.

A selagem das microestacas deverá realizar-se com calda de cimento de características apropriadas, com

recurso ao sistema de injecção IGU, recorrendo a válvulas anti-retorno e a obturador simples, em terrenos

competentes (Nspt > 60 pancadas) e geologicamente estáveis em relação à geometria final do talude;

e) Colocação dos módulos pré-fabricados com a selagem dos negativos com Grout e execução da camada de

forma de modo a restabelecer a drenagem no topo do talude, sempre que necessário deverá ser realizada a

selagem do tardoz do muro de forma a garantir o seu contacto integral com o terreno;

f) Execução, de cima para baixo, do reperfilamento do talude, conforme as Peças Desenhadas, com a inclusão

do sistema de drenagem do talude, colocação das mascaras drenantes com geotêxtil entre o enrocamento e

o talude, e colocação da tela de revestimento do mesmo. Nas zonas indicadas nas Peças Desenhadas,

execução da máscara drenante com a colocação prévia de uma membrana de geotêxtil;

g) Instalação e zeragem dos inclinómetros, conforme previsto no Plano de Instrumentação e Observação;

h) Execução do muro de espera em Gabiões, no coroamento do emboquilhamento Túnel, com a criação de uma

plataforma de espera, a tardoz do muro, conforme as Peças Desenhadas;

i) Execução da plataforma de trabalho, na base do talude, para a colocação dos equipamentos de furação,

execução dos furos com um diâmetro de 110mm (min. 4.5") para a colocação das microestacas, se necessário

compatibilizada com o horário de interdição da via-férrea;

j) Execução das microestacas com o comprimento total e a selagem mínima dos perfis no maciço competente.

A selagem das microestacas deverá realizar-se com calda de cimento de características apropriadas, com

recurso ao sistema de injecção IGU, recorrendo a válvulas anti-retorno e a obturador simples, em terrenos

competentes (Nspt > 60 pancadas) e geologicamente estáveis em relação à geometria final do talude;

k) Colocação dos módulos pré-fabricados, selagem dos negativos com Grout e colocação da tela drenante na

face de tardoz com o preenchimento, até à altura indicada, do espaço a tardoz da contenção com enrocamento;

l) Realização da 1ªcamada de betão projectado com fibras metálicas na zona do maciço que exibam exposição

de descontinuidades;

m) Execução das pregagens com dupla protecção contra a corrosão. Inclui as operações de furação, limpeza,

colocação e selagem. A selagem deverá ser realizada, de baixo para cima, através de tubo, com válvula

localizada junto à base do varão. Para garantir um posicionamento correcto dos varões das pregagens deverão

colocar-se centralizadores em PVC para que os varões sejam completamente envolvidos pela calda de

selagem;

n) Realização de um ensaio de recepção das pregagens, segundo os procedimentos da EN14490;

o) Realização da 2ª camada de betão projectado com fibras metálicas, quando previsto;

p) Limpeza e eventual reconstrução dos sistemas de drenagem existentes.

93

Anexo III – Representação da modelação

Figura 87 - Fase 2 da modelação



94




95




96


Figura 97 - Deslocamentos hoizontais no solo

Figura 98 - Deslocamentos verticais no solo

97

Figura 99 - Deslocamentos totais no solo

Figura 100 - Pontos de plastificação

Figura 101 – Desloc. horizontais, Esforço Axial, Transverso e Momento Flector na parede

98

Anexo IV – Evolução da Instrumentação

Figura 102 - Evolução da instrumentação ao longo da obra

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

-5051015202530

Pro

fun

did

ade

(m)

Deslocamento (mm)

Evolução do Inclinómetro IC-2

16-07-2013 11:12:42 (mm)

22-07-2013 14:45:00 (mm)

29-07-2013 13:24:19 (mm)

05-08-2013 14:39:25 (mm)

12-08-2013 12:40:06 (mm)

15-08-2013 11:54:13 (mm)

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18-09-2013 10:09:48 (mm)

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17-12-2013 11:45:16 (mm)

ALERTA

ALARME

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Anexo V – Elementos do Relatório Geológico-Geotécnico

Figura 103 – Corte geológico

Figura 104 – Localização das sondagens realizadas

soluções de estabilização de taludes junto a plataformas ... · i agradecimentos a presente...

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