Melhoramento de Solos Moles em Áreas Portuárias

Em todo o mundo, é cada vez maior a necessidade de se criar e ampliar áreas portuárias, sejam marítimas ou fluviais, invariavelmente sobre profundas camadas de solo argiloso mole. Projetos portuários, geralmente situados ao longo de áreas costeiras, desafiam engenheiros geotécnicos com a combinação de solos moles, cargas pesadas, exposição a riscos naturais e construção em ambiente marítimo ou fluvial. Outros fatores ambientais como ondas, correntes e ventos atuam, insistentemente, em toda e qualquer estrutura geotécnica construída, erodindo-a ou corroendo-a.

De um modo geral, projetos portuários são formados por um cais de atracação, à frente de uma retroárea, cuja função é estocar contêineres. As figuras abaixo, apresentam dois esquemas básicos construtivos para obras portuárias.

Obras de CPR Grouting, ao longo do Rio Negro, para ampliação da área portuária deManaus, com infraestrutura tipo sólida.
Infraestrutura portuária do tipo sólida

Um cais pode ser idealizado do tipo sólido, com contenção frontal, geralmente com estacas prancha, seguido do geoenrijecimento do solo com CPR Grouting, podendo ou não ter dispositivos complementares de tração (figuras B e C). Muito frequente mente recebem, também, plataforma de concreto, de modo a reduzirem os empuxos atuantes nas estacas de contenção. No caso da figura B, quando o cais trabalha com cargas muito elevadas, o sistema suporte pode, ainda, levar tirantes ancorados por sistema de estacas em cavalete, funcionando por compressão e por tração. Na figura C, apenas por tração. Os modelos B e C apresentados podem, também, servirem de modelos de cais para limitar a retroárea, tendo um cais do tipo aberto, com estacas, na frente.

Esquemas básicos (A, B e C) construtivos de obra portuária, do tipo com infraestrutura sólida.
Infraestruturas portuárias do tipo aberta

Modernamente, terminais portuários recebem embarcações de grande calado, tornando necessário construir estrutura de contenção com grande profundidade, de forma a ter comprimento de ficha adequado. Para tanto, o reforço do solo com CPR Grouting deverá atingir todas as camadas de solo que não apresentem condições estáveis. Muito comumente, amplia-se a estrutura do cais, utilizando-se ou não plataforma de alívio (figuras D, E e F).

As figuras, a seguir apresentadas, dão uma boa referência do segundo esquema básico construtivo de obras portuárias, do tipo infraestrutura aberta:

Esquemas básicos construtivos de obras portuárias a base de infraestrutura aberta.

A utilização do geoenrijecimento para solos portuários é fundamental para a obtenção de análises de estabilidade e de recalques, eliminando-se qualquer possibilidade de ruptura. Terminais portuários trabalham com sobrecarga atuante, na superfície, da ordem de 50 a 100kPa, decorrente de grandes equipamentos e do armazenamento de pilhas de contêineres. O nível de resistência e rigidez alcançado, com o geoenrijecimento é alto adequando-se, particularmente, às exigências portuárias. Muito comumente, torna-se necessário a dragagem de espessas camadas superficiais de sedimentos nas áreas próximas. Nestes casos, é comum que camadas superficiais apresentem contaminação, de modo que órgãos ambientais não permitam sua disposição em corpos hídricos e, frequentemente, também na própria área do empreendimento portuário. Uma alternativa interessante, nos serviços de geoenrijecimento é que todo o sedimento dragado pode ser utilizado como matéria-prima para o melhoramento do solo, tornando-se inerte com o uso de aditivos e aglomerantes específicos, voltando novamente para o subsolo.

Este porto apresenta perfil de infraestrutura portuária do tipo sólida.

Terminais portuários, basicamente, são formados pelo cais, que recebe equipamentos de carga e descarga, esforços de atracação e amarração de navios (vento, ondas, correntes marítimas e, principalmente, impactos de navios) e ações geotécnicas (empuxos de solo, efeito Tschebotarioff, etc). E pela retroárea, onde são movimentados e armazenados contêineres. Esta área é comumente pavimentada com piso intertravado, devidamente apoiado no solo. Invariavelmente, este solo de fundação é impróprio, não apresentando capacidade de carga e estabilidade adequados. O geoenrijecimento do solo é o melhoramento mais adequado, considerando-se os parâmetros geotécnicos pertinentes à cada projeto portuário.

Porto do Rio de Janeiro com infraestrutura do tipo sólida. Geoenrijecimento de solo na retroárea.

A proximidade do porto em relação ao modal de transporte rodoviário e ferroviário, é fundamental, permitindo que seja feita de maneira rápida, eficiente e com custo adequado. Portanto, o ideal é que o cais tenha uma disposição longitudinal, ou seja, paralelo à linha costeira e também à embarcação e que a retroárea esteja diretamente ligada ao cais em todo o seu comprimento, de modo a facilitar a movimentação dos equipamentos entre cais e retroárea. No entanto, uma outra concepção para terminal seria do cais “off-shore”, com ponte de acesso até a retroárea.

Área portuária com perfil de infraestrutura do tipo aberta.

A largura do cais deve ser condicionada aos equipamentos de carga e descarga do navio. Por exemplo, o portêiner, pode variar entre 18,0m e 50,0m dependendo da necessidade. Outra situação que pode determinar a largura do cais é a estabilidade geotécnica do solo ao longo do cais, particularmente os de pequeno porte. No caso de cais de grande porte, é determinante os equipamentos de portêieneres. No entanto, o bom senso sugere a necessidade de verificação dessas duas condições, sempre. Há, ainda, uma condição que deve ser verificada quando o cais está off-shore, ou seja, afastado da retroárea.

Cravação de geodrenos. Obras de geoenrijecimento de depósitos de solo argiloso mole, sob aterro, recém lançado, de modo a viabilizar a construção de ferrovia no Porto do Itaqui,Maranhão. Cinco metros de aterro cobrem depósitos de solo mole.

Apresentaremos duas situações básicas de melhoramento de solos moles em áreas portuárias. A primeira situação refere-se ao caso de uma ampliação portuária e, o segundo, uma situação emergencial de estabilização de toda a margem portuária submetida a deslizamentos.

Formação das verticais com bulbos de compressão do solo, que possibilitaram o geoenrijecimento no Porto do Itaqui,Maranhão.
Caso de obra Ampliando área portuária

No município de Navegantes, localizado no estado de Santa Catarina, encontrasse o Terminal Portuário de maior movimentação de cargas em contêineres do Estado. Consolidada como a maior movimentadora de cargas conteinerizadas de Santa Catarina, responsável por 45% da participação de mercado do Estado.

O controle de qualidade dos serviços, junto as estacas do cais, foi feito com a instalação de inclinômetros. À direita, acima, as áreas que seriam geoenrijecidas e teriam o aterro de 3m.

Esta ampliação, na infraestrutura do Terminal, faz parte do planejamento da Companhia desde a sua fundação. Com a obra, a empresa praticamente dobrou a capacidade estática do pátio de 15 mil para 30 mil TEUs (unidade de medida equivalente a um contêiner de 20 pés). Com a expansão, ganhou mais 810 tomadas para contêineres reefers – utilizados para cargas congeladas e refrigeradas. Somadas com as 1.890 tomadas já existentes, a capacidade do Terminal passou para 2.700 contêineres refrigerados, importante diferencial tendo em vista que a carga congelada, principalmente frango, representa cerca de 50% da movimentação, no sentido da exportação.

Localização geográfica do terminal portuário.

A região ampliada encontra-se em sua retroárea, no lado direito do Terminal. O pátio, que tinha 270 mil m2, passou para cerca de 400 mil m2. A geologia do local apresenta profundas camadas de solo argiloso orgânico mole, com alta compressibilidade, margeando o Rio Itajaí-açu.

O reconhecimento do solo de fundação foi realizado com sondagens à percussão SPT. Segundo os estudos geológicos, realizados para o projeto desta grande expansão portuária, ocorrem sedimentos quaternários marinhos, caracterizados pela presença de materiais argilosos, arenosos finos, mal graduados e orgânicos.

Visão aérea do Porto de Navegantes. As obras de ampliação, em seu retroporto, com presença de depósitos de solo mole, foram possíveis graças ao geoenrijecimento do solo mole.

Na figura ABAIXO apresenta-se o perfil geológico geotécnico com características típicas do subsolo de fundação, evidenciando-se depósitos de solo argiloso mole e presença de estratos fofos de areia. Sobre o perfil natural do terreno, existe aterro com altura variando de 3m a 5m construído com material dragado do fundo do rio, que foi removido para implantação do futuro terminal de contêineres. Os valores típicos da resistência do solo nas camadas de areia variam entre 3 < NSPT < 7 estabelecendo-se uma areia pouco compacta, tendo ângulo de atrito de 30 a 35ºe, nas camadas de argilas entre 2 < NSPT < 6, estabelecendo-se uma argila com consistência mole e resistência de 12 a 25kPa, chegando a profundidade de 35 metros, onde existe estrato de areia mais resistente, sobreposto a uma camada de argila mole. O impenetrável foi encontrado na cota aproximada de 46 metros. O nível d’água do solo é superficial e influenciado pelo movimento do rio e da maré.

Perfil típico do subsolo da região.

Para conhecer mais propriedades de resistência e deformabilidade foram realizados ensaios pressiométricos (PMT), conforme a ASTM D4719 (1987). Os ensaios foram feitos antes e após a execução do geoenrijecimento do solo, com objetivo de verificar as variações do módulo de rigidez (E) e da resistência não drenada da argila (Su) e, assim, comprovar a obtenção dos parâmetros de resistência e rigidez pré-estabelecidos.

Por se tratar de uma área de armazenamento de contêineres, com contínua movimentação de máquinas e equipamentos, recalques diferenciais não são tolerados.

Após a cravação dos geodrenos, a execução das verticais com bulbos de compressão radial do solo.

Com base no princípio da expansão de cavidades, semelhante ao geoenrijecimento do solo, os ensaios pressiométricos mostraram melhoria geotécnica do solo, acusando o aumento de sua resistência, rigidez e, consequentemente, sua estabilidade para receber o espesso aterro, de cerca de 3 metros e rigidez suficiente para neutralizar recalques futuros. A consistência do solo que antes era muito mole adquiriu, após o geoenrijecimento do solo, características de argila média.

Geoenrijecimento do solo de fundação junto ao antigo cais do Porto de Navegantes, SC.

A tabela abaixo apresenta resumo dos valores médios do módulo de deformabilidade e da resistência do solo, na condição pré e pós o geoenrijecimento do solo.

O programa de melhoramento do solo, objetivando o aumento da área portuária, neste projeto, foi fundamental para sua efetivação, considerando-se a difícil condição do solo de fundação, o posterior aterro e, finalmente, o pavimento e a carga portuária. Os parâmetros de resistência foram atendidos, garantindo a estabilidade necessária, assim como os de rigidez, verificados com o posicionamento de placas de recalque, pós-melhoramento, seguindo-se a execução do aterro e seu pavimento.

Referências
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