Luiz Guilherme de Mello Clara Naoko Takaki

Transcrição

1 Luiz Guilherme de Mello Clara Naoko Takaki

2 Geosynthetics the most important development in Civil Engineering practice in the 20th Century. (J.P. Giroud, 2008 Terzaghi Lecture) Prediction 1: GRS will soon be the standard steep slope and standard wall... however a few Technical and Professional Issues remain. Prediction 2 for my academic colleagues: GRS and other types of reinforced walls will change the way we teach EP theory and the design of backfilled retaining structures maybe change our approach slope stabilization (B. Holtz, ICG )

3 No Brasil Geossintéticos são aceitos e foram usados em inúmeras obras relevantes na última década; Entidades brasileiras, ABNT e ABINT, trabalham/revisam constantemente normas/recomendações/manuais/especificações de produtos para embasar o corpo técnico. Universidades brasileiras, com apoio Fabricantes, desenvolvem pesquisas /novos equipamentos de laboratório.

4 Aspectos Gerais Solos Reforçados com Geossintéticos (Geosynthetics Reinforced Soil GRS) Aterros sobre solos moles melhorados com Colunas Encamisadas com Geossintético (Geotextil Encased Column GEC) Casos de Obra

5 Comportamento

6 Aspectos Gerais Vantagens e Comportamento Propriedades Considerações de Projeto Considerações Importantes

7 Great Wall of China Western Wall

8 Aspectos Gerais Geossintéticos foram inicialmente usados para taludes reforçados buscando minimização do custo (qualidade de jazida de aterro) e/ou algum aumento na inclinação do talude buscando redução de volume, minimização do custo do paramento frontal; Imposição geométrica de paramentos verticais muro reforçado=> inicialmente desenvolvidos França Terra Armada (1960), Projeto Clouterre, com elementos metálicos de reforço e paramentos de concreto=> novos elementos de reforço (geogrelhas) e responsabilidade maior no paramento

9 Vantagens Otimização do projeto geométrico (maiores inclinações) e ganhos de uso de área construída Comportamento flexível do conjunto Custo Execução relativamente rápida quando comparada a contenções convencionais Inúmeros tipos e características de paramentos (p.ex. paramento verde )

10 Comportamento Tensão no paramento em cada camada do solo reforçado é relativamente pequena=> tanto menor quanto maior é inclinação da face Paramento necessário para manter o confinamento entre camadas => quanto maior inclinação => maior responsabilidade da face (f(σ v)).

11 H. Vidal Bob Barrett, Colorado

12 Comportamento Our design approaches depend on traditional geotech designs for slopes and retaining walls. and on the way we teach these subjects in our graduate courses... has nothing to do with reality (Koerner, 1986)

13 Comportamento (Holtz, et al, 1997) -

14 Dimensionamento Estabilidade Externa convencional (Capacidade de Carga da fundação, Tombamento; Deslizamento, Estabilidade global); Propriedades dos Materiais (Solo + Geossintético + Paramento) Estabilidade Interna-> várias formulações Drenagem

15 Estabilidade Externa Fatores de Segurança: Deslizamento

16 FHWA

17 R. R. Berg

18 Propriedade dos Materiais Solos: Bibliografia estrangeira recorre, usualmente, a materiais de características arenosas. POR QUE? Não é vantagem ter parcela coesiva de resistência, desde que bem drenado? Avaliação caso a caso em função da jazida; Geossintético : Módulo de rigidez, atrito no contato solo-geogrelha; creep; durabilidade; danos físicos na instalação FHWA NHI Paramento : Cuidados na conexão com geossintético

19 Estabilidade Interna Fatores de Segurança (Christopher and Berg, 2001): Ruptura do reforço

20 Metodologias de Análise (algumas) USFS (Forest Service) Equilíbrio limite (Rankine s Theory) FHWA (Christopher and Berg, 2001) Empírico que considera a rigidez Ehrlich & Mitchell (1994) - Compatibilidade de Deslocamentos Outros (Broms, Leshchinsky, etc) Metodologias numéricas

21 Estabilidade Interna Fatores que afetam Espaçamento entre os reforços => quanto menor o espaçamento entre reforços => melhor compactação gerando maior tempo de execução quanto maior o espaçamento => diminui tempo de execução com maiores deformações prox. ao paramento face => avaliação comportamento nas etapas construtivas muito importante Drenagem Atenção aos Acessos e Taludes Provisórios

22 DRENAGEM Crucial!!!!!! Terzaghi 1943 Theoretical Soil Mechanics

23 Estabilidade Interna Fatores que afetam Drenagem interna e externa

24 Cuidados Construtivos Má qualidade de execução dos aterros Drenagem e aterros saturados Sobrecargas inesperadas Importante: Projeto Solo Reforçado = Projeto geotécnico de contenção (estabilidade externa) + Projeto do solo reforçado (estabilidade interna) + Projeto do paramento (concreto, verde, etc)... Complicada Interface /Responsabilidades

25 FHWA

26 Aspectos Gerais Vantagens e Comportamento quando utilizadas em Aterros Estaqueados Dimensionamento Considerações Importantes

27 Aspectos Gerais Colunas de areia e brita técnica mais antiga de melhoria dos solos => melhoria das propriedades geomecânicas e redução de recalques Métodos de instalação muito severos: vibro-flotação, vibro-substituição, vibro-deslocamento; Dificuldades: manutenção da integridade da coluna submetida a carregamentos axiais devido à falta de confinamento em solos argilosos moles riscos para solos orgânicos e sensitivos

28 Aterros Estaqueados - Soluções usuais: Colunas de brita preenchida com nata de cimento (Grouted stone columns) Colunas de Jet Grouting Estacas pré-moldadas (ex. aterros estaqueados com capteis+geogrelha; laje estaqueada, etc) Nova e interessante alternativa: Colunas Encamisadas com Geossintéticos

29 Vantagens e Comportamento Redução dos recalques globais antevistos, minimização de recalques residuais pós fase de obras. Melhoria dos parâmetros geomecânicos do subsolo Baixa rigidez da coluna=> minimiza atuação na coluna de solicitações horizontais e verticais. As colunas não são fundações do aterro propriamente dito, e sim uma melhoria no subsolo => comprimento de colunas normalmente menores do que estacas.

30 Dimensionamento GEC (Geotextile Encased Columns) alternativa para enfrentar os problemas convencionais de colunas de brita ou areia proposição inicial Van Impe (1985) In 1994 / 1995 Construtora Alemã e a Huesker desenvolveram um geossintético de seção circular sem costura => Ringtrac

31 Dimensionamento: Metodologias analiticas propostas por Raithel (1999); and Kempfert and Raithel (2000); baseadas em Gionna and Jamiolkowski (1981), com a inclusão de geotextil. Metodologias numéricas

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33 Hipóteses adotadas na metodologia Raithel(1999) e Ghionna & Jamilkowski (1981) : Deslocamento vertical do topo da coluna e do solo iguais; Deslocamento vertical devido ao solo inferior de apoio = nulo; Geossintético possui comportamento elástico linear; Solo possui comportamento elástico crescente com a profundidade; Volume constante da coluna.

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35 Introdução Descrição do Projeto Aspectos Geologico-Geotécnicos Critério de Projeto e Parâmetros Trecho 1 - Soluções Geotécnicas Adotadas Trecho 2 - Soluções Geotécnicas Adotadas Trecho 3 - Soluções Geotécnicas Adotadas Conclusões

36 Obra localizada em São José dos Campos (100 km de São Paulo e 300 km do Rio de janeiro), Brasil São José dos Campos representa uma das receitas (income) importantes do Estado de São Paulo, principalmente devido a industria de alta tecnologia (ex. Embraer) e serviços.

37 Embraer

38 Foco em 1300m de extensão em aterros projetados sobre solos argilosos moles de origem fluvial, com alturas de aterro projetado até 8m; Projeto original remoção total de solos moles + importação de material e aterros de grandes volumes Projeto alternativo devido cronograma e problemas ambientais (deposito de material excedente) permanência e tratamento de solos argilosos moles desempenho;

39 Extensão de uma importante avenida existente: Fase I: Duas pistas com canalização do córrego Vidoca entre as pistas (de Mello et al, ICG) Alteração do projeto geométrico Diminuição da altura de aterro e estabilidade condicionada pela geometria do córrego;

40 Fase II: Duas pistas paralelas (de Mello et al, 2009a 2009b) localizadas entre a baixada e um talude, com importante restrição geométrica (reservatório); Alteração do projeto geométrico saindo da encosta e entrando na várzea maior espessura de solo mole; Cota do greide apesar de minimização alturas de aterro de 4 a 8m; Pista de rolamento diminuição da largura da seção típica;

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42 GEOLOGIA REGIONAL Sedimentos Terciários da Bacia de Taubaté (Sedimentos Cenozóicos Preconsolidados) Sedimentos Quaternários de origem fluvial camadas intercaladas de argilas siltosas e areias proximo a drenagem natural Ensaios Geotécnicos especiais;

43 Ensaios de Campo (Fase II):

44 Ensaios de Laboratório: Soil LL-LP(%) W(%) γ w (kn/m 3 ) S-M-C (1) A , B , C , Soil Dissipation tests Oedometric tests Oedometric tests c h (m 2 /s) c v (m 2 /s) cα A 5 to 144x x B 6x10-7 1,3 x10-8 0,025 C 31 x x Soil OCR CR CC A 1,6 0,26 0,04 B ,17 0,04 C (2) 1.2 0,40 0,03

45 Resistênica não drenada (Fase II): 0 Su (kpa) Vane Depht (m) Consolidation test (Mesri correlation) Piezocone (Lune correlation) Design parameter 6 7 8

46 Definidos conjuntamente com o Proprietário: Recalque residual: 40 cm/30 anos (novos projetos 25cm/30anos) Sobrecarga Operacional: 10 KPa FS final de construção= 1,25 Imposição da Construtora: Cronograma limitando tempo de tratamento = 2meses

47 Parâmetros de Projeto Adotados: Soil Phase I (2000) cm/seg 2 Black to dark gray organic silt clay (soil C) Gray silty sandy clay (soil B) Gray clay silt sand ( soil A) Phase I (Backanalysis) cm/seg 2 Phase II cm/seg 2 2 x to 4.4 x x10-7 Phase I (2000) Phase II Soil OCR CR RR cα OCR CR RR cα Black to dark gray organic silt clay (soil C) 1,2 0,40 0,025 0,03 1,0 0,25 0,04 0,02 Gray silty sandy clay (soil B) 1,2 0,10 0,02 0,03 1,1 0,25 0,04 0,02 Gray clay silt sand ( soli A) 1,2 0,10 0,02 0, ,10 0,02 0,02

48 Resistência não drenada: Soil Phase I (2000) Cu Phase II Cu Black to dark gray organic silt clay (soil C) Gray silty sandy clay (soil B) Gray clay silt sand ( soil A) 10+0,94z 6 kpa (z=2m) 6+z (z>2m)

49 Fase II: Fase II Trecho inicial: restrição geométrica devido entorno aterro solo reforçado contenção em Fase II Trecho intermediário final: sem restrição geometrica para desenvolvimento do aterro

50 TRECHO 1: ATERRO ESTAQUEADO COM CONTENÇÃO EM TRECHO 1: ATERRO ESTAQUEADO COM CONTENÇÃO EM SOLO REFORÇADO COM GEOSINTÉTICO SOLO REFORÇADO COM GEOSSINTÉTICO TRECHO 2: ATERRO REFORÇADO COM GEOSSINTÉTICO COM PRÉ-CARGA COM GEODRENO TRECHO 3: COLUNAS ENCAMIZADAS COM GEOTEXTIL

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52 Fase II Primeiro trecho

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54 Ricci & Elrlich, 2009 e > Pesquisa de doutorado da Universidade Federal do Rio de Janeiro com apoio da Fornecedora e executoras; Paramento:1H:10V Leituras: Tensão no reforço (R1, R2a, R2b, R3 e R4); Deslocamento (P1 a P10) Bloco instrumentado (cargas)

55 ...Note that the measured values exhibit a tendency to be constant in relatio to depht in accordance with the predictions of Ehrlich & Mitchell, 1994.

56 Avanço do solo reforçado x leituras internas de carga atuante sobre o bloco instrumentado (=layer 3) V1: vertical load frontal of the block V2: vertical load rear of the block H: horizontal load at the center...

57 Ricci, M. & Elrlich, M, 2010 A block-faced geogrid wall using fine-grained tropical soils as backfill was monitored. Laboratory tests show that to due soil suction significant soil cohesion occurs at representative field moisture content and density. That may be considered typical to the type of soil used in the wall construction. Efforts on the facing blocks and tension in the reinforcement were measured. Loads in the facing blocks had a significant influence in reinforcement tension mobilization estimated in 26% of the value of the summation of the maximum tension in the reinforcement.... Comparações dos valores medidos com as metodologias de calculo de Ehrich & Mitchell(1994); Leshchinsky & Boedeker (1989); Bathrust et al (2003) e Ranckine s Theory são apresentadas.

58 Second Stretch:

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60 Exemplo de resultado de monitoração - seção com drenos verticais e reforço em geogrelhas SETTLEMENT GAUGES DISPLACEMENT (mm) INCLINOMETER MS-8B MS-8C EL.580,50 MS-8D MS-8E EL.580,15 04/05/06 23/06/06 19/07/06 30/10/06 28/11/06 15/05/07 IN-8A MS-8A DEPHT (m) SETTLEMENT (mm) WICK DRAIN LENGHT= 6,0 TO 9,0m EL.572, X=-10,5m 573 PERFILOMETER MS-8C 571 MS-8D FILL LEVEL /03/06 20/06/06 12/09/06 05/12/06 27/02/07 22/05/ FILL LEVEL (m)

61 SETTLEMENT GAUGES INCLINOMETER MS-8B MS-8C EL.580,50 MS-8D MS-8E EL.580,15 IN-8A MS-8A EL.572,00 0 WICK DRAIN LENGHT= 6,0 TO 9,0m PERFILOMETER SETTLEMENT ( mm ) /06/06 20/06/06 20/07/06 11/10/06 07/02/07 03/05/07

62 Diâmetro Coluna = 0,70 m, Geossintético : 150 KN/m resistência a tração 2000 KN/m rigidez Fatores considerados: Danos de Instalação Creep, etc, critérios de desempenho normatizados Peso do aterro e sobrecarga operacional adotado Ringtrac 2000PM

63 Aterros necessários em projeto de 8 a 9m Espessura de solo argiloso mole maior que 8m; Solução em aterro reforçado com geossintético inviável GEC - Utilizando metodologia de Raithel diâmetro de coluna = 0,70m com espaçamento de 1,8 a 2,2m Geogrelha na base do aterro incluída no conceito do projeto para garantir equilíbrio horizontal

64 Instrumentação projetada: Inclinômetro e Marcos superficiais (settlement gauges) Extensometros no interior da coluna ( crackmeters ) Célula de carga no topo da coluna

65 Método Construtivo: Instalação do inclinômetro; Instalação da coluna (Equipamento de estaca tipo Franki com adaptação na ponta) Instalação de extensometro e célula de carga no interior da coluna; Instalação do reforço (geogrelha); Instalação do perfilômetro entre colunas e placas de recalque; Execução do aterro e instalação dos marcos Pavimentação

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69 Sandroni et al (2010) DISPLACEMENT ( mm ) /8/ /9/2006 6/10/ /10/ /11/2006 7/2/ /3/2007 3/5/ COLUMNS LENGHT (m)

70 70 50 DISPLACEMENT (mm) DISPLACEMENT (mm) COLUMN INSTALATION FILL 2 2 AFTER 21 MONTHS FILL abr jun ago ago ago out mar jul fev abr-09 COLUMNS INSTALATION DEPHT (m) DEPHT (m) AFTER 22 MONTHS 11-abr jun-06 8-ago ago ago-06 6-out-06 9-fev jul abr

71 0 Su (kpa) Vane Depht (m) Consolidation test (Mesri correlation) Piezocone (Lune correlation) Design parameter Retroanalise do Cu a partir instrumentação colunas, buscando ajuste teórico da resistência do solo mole no comportamento observado 7 8

72 300 BACK ANALYSIS Load (kpa) FILL LEVEL (m) 50 Column A Column B FILL LEVEL /6/ /12/ /6/ /12/ /6/2008 8/12/2008 6/6/ (DIAMETER) DISPLACEMENT (mm) BACK ANALYSIS CRA- L CRA- C FILL LEVEL FILL LEVEL (m) /6/ /12/ /6/ /12/ /6/2008 8/12/2008 6/6/2009

73 Sandroni, S.S., de Mello, L.G., Gomes, R.C. & Vilar, O.M. (2010) The comparisons indicate...the displacements calculated for the construction stage tend to be smaller than the measured ones. On the other hand, for the long range situation the calculated values are similar to the field values. This coincidence is to a certain extent surprising given the uncertainties and inexactitudes of the method, particularly in what concerns the remoulding of the soft soil whose deformability has a strong influence in the results.

74 Obra entregue conforme cronograma. Desempenho apresentado adequado durante e após construção.

75 Trechos 1 e 2 Compatibilidade entre o comportamento previsto com aquele medido na instrumentação. Magnitudes de deslocamento foram menores do que previsto=> complexidade da estratigrafia? Parâmetros de projeto?

76 Trecho 3 A primeira obra de GEC na America do Sul foi um sucesso => atendimento ao cronograma e desempenho adequado; Instrumentação mostrou diferenças entre carregamento previstos e medidos => instalação da instrumentação aparentemente afetou a rigidez da coluna Mais pesquisas são necessárias

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78 Proprietário DERSA Construtora Andrade Gutierrez: Guilherme Barbosa, Henrique R. do Val, Marcio Testa e equipe Tecnogeo empreiteiro especializado Bureau Engenharia especialista em monitoramento Dr. Dimiter Alexiev Huesker Geosynthetics