Como um Projeto de Encontro de Ponte pode Interferir na Rigidez do Solo

Projetos de duplicação rodoviária muitas vezes necessitam de passagens inferiores ou superiores, inclusive com implantação de rodovias marginais ou secundárias. Neste caso, costuma-se elevar o pavimento rodoviário erguendo aterros de encontros para pontes ou viadutos. Casos de contenção lateral em terra armada incluem-se neste cont exto. Particularidades, neste tipo de projeto, sobre depósitos de solos argilosos moles, podem provocar surpresas desagradáveis mesmo considerando-se o solo melhorado. É o que aconteceu ao final da execução do aterro em terra armada, com cerca de 10m de altura. Duas dezenas de placas de recalque, quatro inclinômetros e dois piezômetros informavam a finalização do processo de recalque, durante o carregamento. No entanto, dois parabolts, instalados um em cada parede de contenção posicionavam processo de recalque. A análise dos dados coletados permitiu avaliar o comportamento da obra como um todo, evidenciando a origem do recalque diferencial observado.

Características do projeto, incluindo a duplicação da pista existente, a implantação de ruas laterais (marginais), a construção de OAE (viaduto), além do aterro de aproximação, com contenção lateral em terra armada, em um lado só.

O Modelo Geotécnico

Ensaios de campo e de laboratório, realizados para caracterização geotécnica da argila mole cinza, na região do viaduto, indicavam solo argiloso mole com presença de camadas de turfa com coloração escura apresentando, no ensaio de adensamento, fase de compressão secundária igual ao dobro do adensamento primário. A crítica condição deste solo, apresenta-se no perfil geotécnico na figura abaixo.

Perfil geotécnico na região do viaduto. Presença de camada de turfa.
O Plano de Monitoramento com a avaliação do comportamento do aterro

Para monitorar o processo de recalques, instalaram-se placas de recalque abaixo da sapata corrida, em concreto simples, que cumpre a função de elemento de fundação das paredes do muro. A instalação de placas de recalque abaixo da fundação, teve como objetivo conhecer o comportamento do solo de fundação, focando atenção no movimento vertical no solo (i.e. recalques). Desta forma, avaliou-se o desempenho geral da construção do aterr, a partir de seu início. Parabolts ou pinos de aço, foram fixados na primeira linha de escamas (placas de concreto armado pré-moldadas).

Instrumentação geotécnica posicionada na região do viaduto.

Instalou-se, também, Parabolts (pinos de recalques) na primeira linha de escamas da Terra Armada, com objetivo de comparar o processo deformativo do solo com o do maciço, através das placas de recalque e inclinômetros. As curvas de recalques, tanto pelo lado leste, quanto pelo lado oeste, evidenciadas pelas placas de recalques, posicionavam recalque em grupo, ou seja, o corpo do aterro descia por inteiro, com a evolução do carregamento, apresentando recalques diferenciais insignificantes.

Instalação das placas de recalque. (a) Posicionamento da placa na cava, abaixo da sapatinha corrida. (b) Reaterro da cava de instalação. (c) Emenda da haste interna e tubo de proteção ao lado da parede.

Entretanto, o comportamento observado nos parabolts, divergiam do conjunto de placas, indicando situação crítica, localizada apenas nas paredes do lado norte, em ambas as cabeceiras. Estas paredes, com comprimento de apenas 15m cada, representavam apenas 10% da contenção, num total de 390m do projeto.

Ficou claro, o comportamento diferenciado do solo, para este conjunto de instrumentos, durante a elevação da terra armada. Na Figura 6, o parabolt posicionado, começou a descer mais que o lado oposto, induzindo distorção. Como consequência do recalque diferencial, alguns elementos de fechamento (quinas) apresentaram leves aberturas, preenchidas com argamassa.

Instalação do parabold-18 A. Na superfície do elemento pré-moldado.

Este processo ocorreu em ambas as cabeceiras. Os muros do lado norte submetidos ao efeito do peso da saia do aterro, posicionavam maiores recalques nos parabolts, em relação às placas de recalque. Efetuou-se, então, estudo geotécnico, baseado em cálculo analítico e análise numérica, com intuito de interpretar o comportamento geral do maciço, frente às deformações verticais.

Monitoramento do recalque, em ambas as cabeceiras, acompanhando a evolução da elevação do aterro em terra armada.

Justificativa técnica com base na análise numéricaCalculou-se o acréscimo de tensão vertical, devido à elevação do maciço, nos diferentes pontos, na profundidade de 5m, considerando-se a geometria da terra armada, conforme ilustrado na figura abaixo.

Recalque diferencial entre placa de recalque e parabolt, induzindo rotação do maciço.

Analisou-se o mesmo aterro via elementos finitos, de modo a se determinar deformações verticais e a distribuição das tensões verticais, até vinte metros de profundidade. Utilizou-se os mesmos parâmetros apresentados no item anterior, realizando-se análise numérica no estado plano de deformação, ou seja, para carregamento com comprimento infinito (seção contendo os pontos A, E e F da figura acima).

Acréscimo de tensão vertical, devido ao carregamento trapeizoidal.

O modelo numérico confirmou os resultados obtidos pela teoria de Boussineq, mostrando, na profundidade de 5m, tensões verticais da ordem de 90kPa no lado esquerdo e 160kPa no lado direito.

Deslocamento vertical pelo modelo numérico. O recalque diferencial prejudicou o comportamento da terra armada, indicado pelo símbolo δ.

O estado assimétrico de tensões, gerou recalques diferenciais, como o do modelo numérico, onde a malha de elementos finitos, distorcida pelo carregamento, indicou perfil de recalques assimétrico, desequilibrado para a direita. Recalques mais expressivos, ocorridos junto à crista do talude mostraram-se, então, justificados.

Fica claro, portanto, que o recalque diferencial, observado nos parabolts, difere do conjunto das placas de recalques devido à concentração de tensões induzidas pela saia do aterro, condição verificada com a análise numérica. Concluiu-se que a geometria do maciço projetado foi desfavorável. A parede da terra armada, junto à saia do aterro, submeteu-se a cargas assimétricas, gerando rotação e distorção, comprometendo seu desempenho.

Referências
  • ASTM D4719 (1987) Standard Test Method for Pressuremeter Testing in Soils. Annual Book of ASTM Standards, New York, v. 04.08.
  • BERILGEN M., Investigation of Stability of Slopes under Drawdown condition, Computers and Geotechnics, Vol. 34, 81-91, 2007.
  • DIXON, S.J., Burke, J.W. (1973). Liquefaction case history. ASCE J Soil Mech Found Eng SM10:823-840.
  • DUNCAN JM,Wrigth SG,Wong KS. Slope stability during rapiddrawdown. In: Proceedings of the H. Bolton seed memorial sympo-sium, Vol. 2;May 1990. p. 253– 72.
  • HEMPHILL, R W. and Bramley, M. E. (1989). Protection of river and canal banks.
  • MORGENSTERN 1963. Stability charts for earth slopes during rapid drawdown. Géotechnique 13(1):121-131.• EDIL, Tuncer & DHOWIAN, A.W.. (1981). At-rest lateral pressure of peat soils. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE. 107. 201-217.
  • EDIL TB (2003). Recent advances in geotechnical characterization and construction over peats and organic soils. Proceedings of the 2ndInternational Conferences in Soft Soil Engineering and Technology, Putrajaya (Malaysia), pp. 3-26.
  • FOX, P.J. and EDIL, T.B. (1996). Effects of stress and temperature on secondary compression of peat. Can. Geotech. J. 33: 405-415.
  • KOGURE, K., H. Yamaguchi and T. Shogaki, 1993. Physical and pore properties of fibrous peat deposit. Proceedings of the 11th Southeast Asian Geotechnical Conference, Singapore.
  • LANDVA, A. O. And La Rochelle, P. (1983) Compressibility and shear characteristics of Radforth Peats. In P. M. Jarett (ed.), Testing of peats and organic soils, ASTM STP 820, pp. 157-191.
  • LANDVA AO and PHEENEY PE (1980) Peat fabric and Structure. Canadian Geotechnical Journal, 17, p. 416-435.
Eng M. Sc. Alessandro Cirone

Eng M. Sc. Alessandro Cirone

Engenheiro civil, formado pelo renomado Centro Universitário Politécnico de Milão, pós-graduado pela mesma instituição, especializando-se na área de solos moles, com intercâmbio na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro - PUC-Rio. É titular do setor de projetos, monitoramento, pesquisa e desenvolvimento da Engegraut, empresa com mais de 40 anos, especializada em técnicas de melhoramento de solos, que atua em todo o Brasil. Tem trabalhos publicados sobre melhoramento de solos moles em congressos nacionais e internacionais. Periodicamente apresenta palestras sobre modelagem e cálculo do geoenrijecimento de solos moles.