tarcísio b. celestino - acquacon.com.br · propriedades in situ e de amostras deformadas, como: -...
TRANSCRIPT
Importância da Geotecnia em MND
Tarcísio B. Celestino EESC/USP
Material?Obstáculos?Nível d’água?
Etc.
CONHECIMENTO DO MEIO ONDE SE NAVEGA
- Condições meteorológicas (aviação)- Condições de mar (embarcações)- Condições de estradas (rodovias)- Condições geotécnicas (MD)
FINALIDADES
- Escolha do Método- Otimização de parâmetros operacionais- Projeto- Eventual decisão sobre tratamentos- Previsão de impactos (recalques, levantamento, danos
em redes próximas, etc)- Etc.
ESCOLHA DO MÉTODO
- Finalidade da obra- Dimensões- Limitações de acesso- Geotecnia
Método
- Não há método à prova de qualquer geologia- Não há método que não afete o maciço circunvizinho
Escolha de MétodosTipo de
Solo N SPT Substituiçãode Tubos HDD Microtúnel
Cravação deTubos
(Pipe Jacking)
Perfuraçãoa Trado N ATM
Coesivo(Argila)
N < 5 (Mole) 0 0 * 0 * X
N = 5 - 15 (Rija) * * * * * 0
N > 15 (Rija-dura) * * * * * *
Sem coesão
(Areia/Silte)
N < 10 (Fofa) 0 0 * * * 0
N = 10 – 30(Média) * * * * * 0
N > 30(Compacta) * * * * * 0
Nível d'água alto X 0 * 0 0 X
Matacões ≤ 33%D 0 ≤ 33%D 0 ≤ 90%D 0
Seção plena
em rocha
Resitst. Compr.Simples (MPa) ≤ 80 ≤ 100 ≤ 200 ≤ 200 X *
*: Recomendado o: Possível X: Não indicado
D: Tamanho do maior matacão versus mínimo diâmetro do revestimento
(Tabela baseada na hipótese de que o trabalho seja realizado por pessoal qualificado usando equipamentoadequado.)
Investigação para HDD (Heinz, 2008)
• Condições construtivas
• Condições de comportamento de longo prazo
Investigação para HDD (Gelinas e Mathy, 2004)
“... A indústria geralmente aceitou a necessidade de investigação geotecnica abrangente para HDD...”
“... a qualidade dos relatórios é muito variável...”
“... relatórios geotécnicos não fornecem os dados básicos necessários para decisões críticas de projeto e construção.”
Dados Típicos
• granulometria• posição do lençol freático• plasticidade do solo• compacidade / consistência• resistência• variabilidades vertical e lateral• obstáculos naturais ou construídos
Resultados da utilização de dados geotécnicos
• projeto do traçado• risco de fraturamento hidráulico• escolha do fluido de perfuração• velocidade de perfuração adequada• escolha de ferramentas• dimensionamento do tudo• etc.
Dificuldade de uso de informações geotécnicas
• HDD relativamente recente (comparado com valas)
• Importância de informações práticas
• Feed-back de pesquisas e projetos
Fases de Investigação Geotécnica para HDD (Gelinas e Mathy, 2004)
4 fases para:
• Descrição precisa das condições do subsolo ao longo dotraçado.
• Fornecimento de dados geotécnicos ao projetista e aoconstrutor para tomada de decisões críticas.
Fase I: Pesquisa e Reconhecimento• informações publicadas ao longo do traçado:
- geologia- propriedades dos solos- lençol freático- história do desenvolvimento da área, aterros, obras
subterrâneas, possíveis contaminações (ex. postos de gasolina)
• estabelecimento do padrão geológico:- solos alterados in situ- ambiente de deposição- fonte de aluviões- etc.
• reconhecimento do traçado e vizinhanças para verificação das informações publicadas
Observações Fase I
Em áreas conhecidas (ex. Bacia Sedimentar de São Paulo) muitas atividades da Fase I são comuns a vários projetos.
Fase II: Investigação de Campo e Ensaios de Laboratório
• Campo- sondagens, SPT e poços- ensaios de penetração de cone- ensaios dilatométricos- investigação geofísica (ex.: posição do topo rochoso)- monitoramento do nível d’água
• Ensaios de laboratório em amostras selecionadas
• Compilação de Dados Geotécnicos preliminares
• Necessidade de informação adicional de subsuperfície?
Observações Fase II
Informações dirigidas:- suscetibilidade escavação- transporte material escavado- estabilidade do furo
Propriedades in situ e de amostras deformadas, como:- granulometria- plasticidade- compacidade (areias), consistência (argilas)
Fase II – Investigação de Campo Suplementar e Relatório Geotécnico
• Complementação de investigação de campo e ensaios adicionais, onde necessário.
• Consolidação de dados geotécnicos ao longo do traçado.• Relatório geotécnico final com conclusões específicas e
recomendações relativas a HDD.• Compatibilização de relatório geotécnico com projeto e
especificações.
Resultados:
• Traçado ótimo selecionado• Dados básicos
Fase IV - Construção
• Atendimento a pedidos de informação e revisão de proposta do construtor.
• Inspeção de campo e observações do progresso do HDD e da consistência de informação entre solos escavados e dados geotécnicos da Fase III.
• Eventual revisão do trecho restante.
Subproduto: informação para futuros projetos
Etapas e Custos
Projetos grandes: 4 fases independentes e consecutivas
Projetos pequenos: combinação das 3 primeiras fases
Custos típicos de investigações: 1% a 5% da construção (depende de complexidade geológica, aspectos críticos do projeto, extensão, etc.)
Projetos pequenos: até 20% (Heinz, 2008)
Hierarquização de Informações
Separar condições geotécnicas que podem:- paralisar construção- apresentar dificuldades
Diferentes etapas do processo
1. escavação e mistura do solo com fluido de perfuração.2. manutenção de furo contínuo e estável através do qual a lama pode
fluir.3. transporte do material escavado em suspensão para permitir
inserção do tubo
Granulometria - Transporte
• Fluido adequado pra transporte• Materiais maiores que 76mm: risco para HDD (dificuldade de
transporte)• Necessidade de poços de grande diâmetro (além de sondagens)
para entendimento de quantidade e freqüência de blocos• Solos com mais de 50% de cascalho: alto risco para HDD• Problemas de suspensão em fluidos: partículas > 19mm• Fluidos para tais solos: viscosidade elevada, alta perda de carga
Granulometria – Estabilidade do Furo
Ideal: presença de finos (passando peneira 200)
Plasticidade
LP – Limite de plasticidade
LL – Limite de liquidez
IP – Índice de plasticidade = LL - LP
Solos Expansivos
• Inchamento em contato com água• Obstrução do furo dificultado circulação de fluido• Dificuldade de inserir tubo• Presença de minerais expansivos• Função de hw, LL, LP, estado de adensamento• Naturalmente abaixo do NA – não expansivos• Muito plásticos – tendência a expansão• Uso de polímeros para impedir acesso de água• Solos muito plásticos a grande profundidade extrusivos
Compacidade ou Consistência (areias e argilas)
Função de SPT
Ex.: argilas moles, duras, etc., areia fofas, compactas, et., afetam:
• Dirigibilidade: baseada em reação passiva do solo. Mais difícil em areias fofas e argilas moles.
• Volume de fluido de perfuração maior SPT – maior volume de fluido de perfuração.
• Ferramenta de escavação: mais larga em areias fofas e argilas moles.
Heterogeneidades
• Indicação em direções vertical e horizontal• Variabilidade bruscas (por exemplo comuns em
aluviões)• Condições de mudança (contato entre camadas) ou
trechos de condição mista ao longo de interfaces)• Dificuldades de dirigibilidade, desvios, etc.
Aterros, Obstruções, Contaminação
Detectáveis pelo histórico de utilização da área
Registrar presença, localização espacial e grau de dificuldade (exemplo grau de contaminação).
Levantamento de Superfície
• Perfuração muito rápida (deslocamento e compactação do solo em vez de escavação e suspensão na lama)
Fraturamento Hidráulico
Normalmente quando pressão de fluido supera tensão efetiva no solo
- Planos de fraqueza ou drenagem preferencial- Reaterro granular de tubos ou galerias- Extensão do furo (maior pf)- Mudanças bruscas de relevo- Perfuração com lama muito densa (volume inadequado
de fluido ou perfuração muito rápida)
Fraturamento Hidráulico
Pmax = γh + Cu(Delft Geotechnics)
Pmax = γh + (3k0 – 1) k0 < 1(no teto do furo)
Pmax = γh + (3 – k0) k0 > 1(na parede do furo)
(Kennedy et al., 2004)
Perda de Fluido
• Formações muito porosas• Fraturas interconectadas (alguns solos saprolíticos)• Solos granulares com menos de 12% de finos• Fluidos especiais ou tratamentos localizados• Proximidade com leitos de galerias ou adutoras
tratamento e distância adequada
Estabilidade do Furo
• Problemas em solos grosseiros• % finos < 30%: medidas necessárias• Medidas função de:
- plasticidade da fração fina- compacidade- nível d’água
Alargadores
Solos muito argilosos: menor área, maior diâmetro, ou maior número de orifícios para o fluido.
Solos granulares – não reativos, maior variedade.
Investigações para Pipe-Jacking(Klein, 1991)
• Tipo de material
• Topo rochoso
• Propriedades físicas (resistência, granulometria, plasticidade)
• Presença de interferências
Quantidades mínimas de sondagens
Trechos custos (< 60m): 3 furos
Trechos longos: espaçamento de 30-40m
Profundidades: 1 diâmetro acima e 2 diâmetros abaixo do túnel
Solos coesivosγZ – Pint
Su
γZ – tensão vertical no eixo do túnel
Pint – pressão interna na face
Su – resistência a cisalhamento não drenada
N = 1–2 – resposta elástica, pequenas deformações
N = 4–5 – aumento de deformações
N > 5 – risco de ruptura
N =
Redução de N
Pint – pressão de frente
shield de lama
shield de frente balançada
ar comprimido (máquinas antigas)
Aumento de Su
tratamento do solo
rebaixamento do lençol freático
46
Recalques – Bacia em Forma de Curva de Gauss (Peck, 1968)
Volume da Bacia ≅ 2,5 i δmax
Settlements
Settlements47
Peck (1968); Schmidt (1969)
n = f (tipo de solo)e.g.: n ≈ 0.8 para argilas moles
2
2)(⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−
= ix
máx eSxS
π2iSV máxs =
eiS máx
t =γ
n
Rz
Ri
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
2 t
ss V
V=ν
Macaqueamento - Atrito• Sobre-escavação• Tixotropia (paralisações)
rocha: 2-3 kN/m²argila, silte: 5-20 kN/m²areia abaixo N.A.: 10-15 kN/m²areia acima N.A.: 25-45 kN/m²
• Estações intermediárias• Lubrificação
Experiência Terciário de São Paulo; Matsui, 1997
Perfuração percussão não direcional
Condições ideais de solos (Simicevic e Sterling, 2001)• Solos compressíveis• Argilas• Siltes• Turfas• Areias fofas• Areias compactas (menos)