Os ensaios geotécnicos e a definição dos parâmetros de projetos na obra do dique seco do Estaleiro Rio Grande Definição da estratigrafia local

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1 Os ensaios geotécnicos e a definição dos parâmetros de projetos na obra do dique seco do Estaleiro Rio Grande Definição da estratigrafia local Dias, C. R. R. Escola de Engenharia - FURG, Rio Grande, RS, Brasil, claudiodias@furg.br Resumo: O objetivo geral deste trabalho é de apresentar e discutir os diversos procedimentos de ensaios in situ e de laboratório que foram utilizados na fase de projeto da obra de execução do dique-seco e demais instalações do estaleiro Rio Grande, do Polo Naval do Rio Grande. Estes dados serviram para obtenção dos parâmetros de projeto e para definição dos procedimentos executivos de certas partes importantes da obra, como as fundações, cravação das paredes de estacas prancha, escavações das paredes diafragma, construção da ensecadeira, rampas de acesso ao interior do dique e demais intervenções da obra. O trabalho tem ênfase nas definições das soluções adotadas relacionadas à prática atual da engenharia geotécnica. Abstract: The objective of this work is to present and discuss the various procedures of in situ and laboratory tests that were used in the design phase of the work of implementing the dry dock and other facilities of the Rio Grande shipyard, of Rio Grande Naval Complex. These data were used to obtain the design parameters and to define the executive procedures of important parts of the work such as the foundations, construction of sheet pile walls, excavation of diaphragm walls, construction of the cofferdam, access ramps to the bottom of the excavation and other related interventions. The paper has emphasis on the definitions of the adopted solutions specially related to the current practice of geotechnical engineering. 1 INTRODUÇÃO A obra de construção do dique-seco de Rio Grande teve uma concepção muito peculiar, inicialmente conceituada como uma obra tipo turn key. Devido à necessidade de executá-la em tempo exíguo, o Projeto desenvolveu-se em fases seguindo mais ou menos a esta sequência: Concepção das facilidades exigidas de um estaleiro do tipo que se necessitava, como tipos de serviços e equipamentos, ou seja: um dique-seco para execução dos cascos, dois cais, sendo um de serviço e outro de atracação, oficinas, área de pré-fabricação, vias de acesso, suprimentos, administração. Concomitantemente com a execução das diferentes fases do projeto a contratante PETROBRÁS- ia aprovando, de modo a manter a continuidade da obra. No que concerne às propriedades geotécnicas do solo local, num primeiro momento, o projetista valeu-se de consultas a dados pretéritos de outras obras executadas no entorno, na mesma região do chamado superporto do Rio Grande e publicados na literatura geotécnica, notadamente aqueles trabalhos apresentados entre 1979 e 2000, gerados em pesquisas feitas na Universidade Federal do Rio Grande (FURG) ver Dias (1979), Dias (2001), Dias e Bastos (1994), Dias e Bastos (1997), ias e Kerstner (2003). Ao mesmo tempo foi efetivada uma campanha de sondagens, tipo SPT, constando de 45 furos, distribuídos em toda a área do empreendimento, e executados pela empresa que denominaremos de A. De posse desses dados, o projeto executivo começou a ser executado, com a peculiaridade de a obra começar com o projeto em andamento, e assim a cada fase, sendo aprovado pela contratante, e se ocorresse à necessidade de maior número de informações geotécnicas, novos ensaios iam sendo sugeridos. Durante essa fase, a equipe da FURG foi contratada para acompanhar a execução de serviços de campo, dar sugestões sobre métodos executivos, realização de ensaios e laboratório, controle de compactação, ensaios de cone dinâmico leve, provas de carga de placas, e consultoria geotécnica nas fases executivas da obra (instalação da ensecadeira, diques de disposição de materiais de dragagem da escavação, rampas de acesso, enrocamento sob o cais, descida dos módulos da porta batel). Um fato da maior relevância foi que, ainda durante a fase inicial da obra, houve uma mudança importante e que afetou significativamente todo o projeto: a contratante sentiu a necessidade de alterar as dimensões do dique-seco, passando de 120mx130m, iniciais, para 120m x350m, e assim possibilitar a construção de cascos para plataformas maiores, tipo FPSO, ou mesmo para possibilitar a construção simultânea de mais de um casco no interior do dique. Houve então a necessidade de se realizar novas campanhas de sondagens tipo SPT, com retirada de

2 amostras indeformadas, para a determinação de parâmetros de deformabilidade e de resistência, através de ensaios de laboratório, e assim reavaliar parâmetros usados na fase inicial do projeto, como já referido anteriormente. No Laboratório de Geotecnia da Escola de Engenharia da FURG foram realizados ensaios de caracterização, de adensamento e triaxial UU. Desta forma, foram executados mais 30 furos de sondagem pela empresa que chamaremos B, 25 furos pela empresa C e 15 furos pela empresa D. É importante salientar que essas empresas apresentaram diferenças do processo executivo, levando-se em conta o previsto na NBR No total foram executadas 115 sondagens tipo SPT. A empresa A, da fase anterior ao projeto, era a mais experiente (e antiga) e que usou procedimentos de execução que se pode referir como tradicional, seguindo a norma brasileira (levantamento manual do peso do SPT, uso de corda de sisal, coxins de amortecimento...). A empresa B usou cabo de aço para içamento do peso de cravação. A empresa C usou equipamento mecânico automático para o içamento do peso, e cabos de aço, seguindo as diretrizes da ABGE. Todas as sondagens executadas por essas empresas atingiram profundidades em torno de 50m, ou seja, cotas em torno de -45m, em relação ao nível do mar. A empresa D executou furos pouco profundos, com profundidade máxima de 15 metros. Schnaid (2000) tece comentários sobre as diferenças nos procedimentos de execução do ensaio SPT. Quando se usa sistema mecanizado, como nos E. U. A. e na Europa, é comum que a energia liberada seja da ordem de 60%. No Brasil, ao se usar o procedimento da NBR 6.484, que prevê cravação com martelo cilíndrico vazado, com acionamento com corda, em sistema manual, a energia liberada na cravação é da ordem de 66%. Esse fato pode explicar as diferenças nos números de golpes maiores obtidos pela empresa C (sistema mecanizado), quando comparados com os golpes obtidos pelas empresas A e B (sistema manual). Schnaid (2000) sugere que: sempre que os resultados de ensaio forem interpretados visando à estimativa de parâmetros de comportamento do solo, serão fornecidas recomendações específicas quanto à necessidade de correção dos valores medidos de N SPT. A correção para um valor de penetração de referência, normalizado com respeito ao padrão americano de N 60 é realizada simplesmente através de uma relação linear entre a energia empregada e a energia de referência. Assim, N 60 = (N SPT x energia aplicada)/0,60. Durante a escavação interna do dique, com o aparecimento de problemas de diversas ordens, podendo-se apontar como principal o não funcionamento previsto do rebaixamento do lençol freático do local, influenciado pelas condições do solo, como a presença de camadas de pouca espessura de argila siltosa, entremeadas por subcamadas de areia, nos níveis: entre cotas -6 e -8 metros e entre cotas -12 e -20 metros, conforme se pode observar na Figura 1, houve a necessidade de executar uma campanha de sondagem com piezocone. Esta iniciativa propiciou um refinamento no conhecimento dos perfis de solo atravessados, podendo-se assim, definir melhor a estratigrafia do sítio, e propor explicações para as mudanças no comportamento do solo, tendo em vista seu processo de disposição (sedimentação e adensamento) nos diversos tempos geológicos, influenciados pelas variações do nível do mar entre o pleistoceno e holoceno. Para tal campanha foram contratadas duas empresas (E e F), sendo que a primeira executou 3 ensaios de piezocone que permitiram definir parâmetros importantes do local. Essa empresa executou pré-furos até a profundidade de 26 e a partir deste ponto, realizou os ensaios de piezocone. A empresa F executou 20 ensaios de piezocone e 20 ensaios dilatométricos DMT, que completaram o estudo da estratigrafia e possibilitaram melhor definição de parâmetros como Su, OCR, tipo de solo (estratigrafia). 2 GEOLOGIA DA ÁREA DO EMPREENDIMENTO Segundo estudos geológicos, as diversas camadas de sedimentos da região na Planície Costeira Sul correspondem a materiais depositados em um ambiente altamente influenciados pela maré e pelas correntes de maré enchente e vazante. Tal ambiente, dito transicional, pode ser relacionado aos fáceis de canal de maré, que apresentam intercaladas camadas de sedimentos com influência de rios ou lagos e camadas com influência do mar. Os eventos de transgressão e regressão do nível do mar foram muito importantes na construção deste perfil. A Figura 1 apresenta um perfil longitudinal de 12 km do Superporto de Rio Grande e mais 4 km do Molhe Oeste da Barra do Rio Grande (Dias et al., 2010). Na figura é apontada a posição aproximada da área de estudo neste perfil (dique seco). Sondagem realizada pela PETROBRÁS na praia do Cassino (7 km do Superporto) confirma sedimentos superficiais da regressão ocorrida de 6000 anos BP até os dias atuais (arenosos) e sedimentos argilo-siltosos da transgressão entre anos BP e anos BP, além da espessura de depósito continental entre 45 e 100m de profundidade (Closs, 1970). O substrato rochoso apresenta-se a uma profundidade de 520 m, com

3 ESCALA: 1/1000 (metros) , N.M. PONTAL MOLHE OESTE PIER MARINHA S19 POVOAÇÃO BARRA LEAL SANTOS TECON S14 DIQUE SECO S17 S15 TTS S6 S12 S10 S9 S7 BR +5,0m S5 +2,31 +2,35 +1,50 +2,71 +2,26 AREIA FINA MED. COMPACTA +3,53 +3,98 +3,49 +3,60 +2,19 AREIA FINA, POUCO ARGILOSA, MEDIA COMPACTA TERIG TREVO NORTE Ponte S3 S1 CTI/FURG Franceses +3,34 +3,20 AREIA FINA MED. COMPACTA A COMPACTA +2,00 ESCALA: 1/10 (metros) ARGILA SILTOSA ARGILA SILTOSA AREIA POUCO ARGILOSA DE COMPACTA ARGILA A MUITO COMPACTA CINZA ESCURO SILTOSA ARGILA MARINHA SILTOSA COM FINAS CAMADAS DE AREIA FINA MÉDIA A MOLE CINZA ESCURA AREIA FINA MED. COMPACTA A MUITO COMPACTA -50 ARGILA ORGÂNICA SILTOSA AREIA DE GRANULAÇÃO COM FRAGMENTOS DE VARIADA COM PEDREGULHO VALVAS MOLE A MÉDIA FINO COMPACTA A MUITO COMPACTA CINZA E AMARELA AREIA FINA MÉDIA COMPACTA A MUITO COMPACTA, CINZA AREIA FINA POUCO ARGILOSA, POUCO A MÉDIA COMPACTA, CINZA ARGILA SILTO ARENOSA DURA AMARELA AREIA DE GRANULAÇÃO VARIADA COM PEDREGULHO FINO COMPACTA A MUITO COMPACTA CINZA E AMARELA Figura 1: Perfil longitudinal no sentido sul-norte desde os Molhes da Barra até o Campus Cidade da FURG (Dias et al., 2010) pacotes de sedimentos sotopostos, se apresentando como: ora argiloso, ora arenoso (Figura 2). Figura 2: Perfil na Praia do Cassino - Sondagens da Petrobrás (Closs, 1970) Discute-se a formação das camadas arenosas sobre a argila siltosa, que se daria no Holoceno, entre anos BP e o presente, segundo as evidências geomorfológicas (feixes de cordões litorâneos e velhos canais). É importante que se considere as curvas de variações relativas do nível do mar na costa brasileira, relacionadas aos últimos anos. Um dos eventos geológicos que marcaram a passagem Pleistoceno-Holoceno foi um aumento do nível do oceano em cerca de 5 metros, que na região de Rio Grande foi designada por Transgressão Quinta, sendo sua ação registrada na construção de uma falésia, com cerca de dois metros de altura, atualmente interiorizada, cerca de 20 km da linha de praia (Godolphim, 1976). O nível de mar alto teria submergido e erodido as praias ao longo da planície costeira. Ao longo dos terrenos pleistocênicos marinhos (regionalmente denominados Formação Chui) teria sido construída tal falésia que, portanto, constitui um contato entre os terrenos pleistocênicos marinhos e os holocênicos marinhos e lagunares. Com o retrabalhamento dos terraços marinhos e da praia pleistocênicos e mais material transportado pelas correntes marinhas provenientes do sul (sedimentos do Rio da Prata), à medida que o nível do mar regredia formava conjuntos de cordões, chamados feixes de restingas. Godolphim (1976) distinguiu sete feixes, construídos ao longo de anos, sugerindo que se possa considerar sete oscilações no nível do mar,

4 com possibilidade de datação grosseira dos períodos de formação dos feixes (Tabela 1) que permitem reconstituir a evolução holocênica do sistema. Tabela1 - Datas e principais fenômenos que marcaram a formação sedimentar da região em foco. Feixe Período Fenômenos associados (anos BP) FR / 5.200Nível do mar +5,0 m FR2 FR / 4.600Início da formação do pontal de Rio Grande 3.850/ 2.800Cresce pontal, desvio da barra sul da Laguna dos Patos FR / 2.400Elevação do nível do mar em cerca de 2 m FR5 FR6 FR7 Não definido Não definido Volta da regressão, com formação de barra mais ao sul Nova subida do nível do mar, com erosão de feixes anteriores Início: 335 Reposição, barra atual, recobrimento por depósitos eólicos Em alguns pontos, na interface entre as camadas C e D, detectou-se a presença de gás (metano), que fazia a água de perfuração jorrar até cerca de 5m de altura. Deve-se considerar que no estudo estatístico indicado acima não foram feitas correções nos valores de SPT em função da eficiência do equipamento de cravação, como mencionado no item Introdução. Nota-se perfeitamente uma diferença entre os números de golpes anotados pela empresa A, principalmente em relação à empresa C, que anotava valores maiores de SPT nas mesmas profundidades, pois usava equipamento motorizado para içamento do peso de cravação, além de cabo de aço. Se em sondagens da empresa A, o N médio do SPT na camada C (argila siltosa) era de 7, para a empresa C este número médio ficava entre 9 e 10 golpes. Esse dado é importante, principalmente quando se relaciona o N do SPT com parâmetros do 3 CONDICIONANTES GEOTÉCNICAS DO LOCAL 3.1. A partir do SPT Esta obra tem possibilitado aprofundar os estudos sobre os solos sedimentares da região, com coletas de amostras em sondagens de simples reconhecimento (em um universo de 115 furos de sondagens), bem como com a retirada de amostras indeformadas em blocos do fundo da escavação do dique seco (a aproximadamente 15 m de profundidade). Estudos geoestatísticos possibilitaram idealizar um perfil do solo no local (Figura 3) (Dias et al., 2008). Como mostra a Figura 5, neste sítio foi verificada a presença de quatro macro-camadas de sedimentos. Na primeira, predominam areias finas com características de deposição eólica e praial, com N SPT crescente com a profundidade (CAMADA A). A segunda mostra camadas de areia fina e argila siltosa intercaladas, fruto da alternância de ciclos transgressivos e regressivos do mar (CAMADA B). A presença de uma camada de argila siltosa de consistência mole a média, com espessura média de 17 m e N SPT médio igual a 7, caracteriza a terceira macro-camada (CAMADA C). Na porção inferior foi verificada a presença de argila siltosa preta, com elevada concentração de matéria orgânica mineralizada e, a seguir, areia fina a média, com evidências de um ambiente deposicional continental (CAMADA D) a 42 m de profundidade. Figura 3: Perfil geotécnico representativo do terreno do Estaleiro Rio Grande (DIQUE SECO) no Superporto do Rio Grande (Dias et al,, 2008).

5 solo, como resistência não drenada, índice de compressão, e outros usados para projetos de fundação A partir dos ensaios de piezocone O ensaio de piezocone é o que melhor retrata a estratigrafia da camada de argila siltosa, inclusive apontando a presença de veios de areia (como na cota -35m). Como se pode observar na figura 4, que apresenta resultados de ensaios executados pela empresa E. Além disso, em função da inclinação da reta de tendência de crescimento da resistência de ponta com a profundidade, pode-se estimar se as subcamadas são normalmente adensadas ou levemente pré-adensadas. Ao fazer este tipo de ponderação, na análise da sondagem 123B, ensaio executado pela empresa E, pode-se considerar que da cota -24 até a cota -35m, a argila siltosa apresenta-se como normalmente adensada e a partir daí, até a cota -42m, a argila siltosa é levemente préadensada. Estes dados são importantes quando se estuda a estratigrafia dos solos costeiros à luz da geologia regional, e principalmente a partir dos estudos de variação do nível do mar no Quaternário (Massad, 1988, apud Dias, 1993). Figura 4: Perfil de piezocone realizado no subsolo da região do dique seco (Dias et al., 2008) Figura 6: Surgência d água ao pé da ensecadeira Figura 5: Variação da curva de poro pressão presença de gás. Uma observação importante que se fez em alguns ensaios foi a da presença de maior poro pressão na interface das camadas C e D, devido à presença de gás metano, como já relatado acima. Isso pode ser explicado pela variação da curva de acréscimo de poro pressão, como se observar na figura 5. Outro fato ocorrido na obra, que confirma a presença de gás metano em cotas abaixo de -40m, foi o aparecimento de olhos d água (figura 6) com gás metano em pontos de furos de sondagem SPT,

6 que não foram obturados após ensaio e que, quando a escavação atingiu cotas em torno de -15m, devido ao alívio de tensões, começou a brotar água e gás que precisou ter seu fluxo controlado por drenos e usando-se bombas com vazão de 25 a 40m 3 /h (figura 7). profundidade. Essa camada foi denominada de camada C por Dias et. Al. (2008). Abaixo (camada D), aparece a camada basal para efeito de fundações em estacas, que é formada por areia muito compacta. Controle com bombeamento Figura 7: controle da vazão d água (artesianismo) Analisando o perfil do ensaio de piezocone CPTU01, executado pela empresa F (figura 8), com cota no nível do terreno de +3,32 metros, verifica-se uma camada superficial de areia até a cota -13m, com uma camada de argila siltosa de permeio, entre as cotas -7m e -8m. Esta camada foi classificada por Dias et. Al. (2008) como camada A. A partir da cota -13 começa uma sucessão de subcamadas com espessuras variando de 20cm a 300cm, sendo classificadas como areia ou argila arenosa. Essa camada foi classificada por Dias et. al. (2008) como camada B. Deve-se comentar o fato que ao retirar-se blocos indeformados com dimensões 40cmx40cmx40cm, entre as cotas -13m e 14m, aparece uma variabilidade maior, detectando-se subcamadas de 2,5cm a 7cm de espessura, intercalando sempre argila e areia (às vezes com muitas conchas). Pode-se apontar como possível causa destas diferenças nas espessuras das camadas classificadas, pelo fato das leituras no ensaio de piezocone representarem valores médios dentro das subcamadas, podendo ser influenciados pela velocidade de cravação do ensaio, e principalmente pelo efeito de escala (influência da ponteira). A partir da cota -24m até a cota -41,0m, o comportamento do ensaio apresenta uma camada mais homogênea (na classificação e no comportamento) de argila siltosa, com leve crescimento da resistência não drenada com a Figura 8: Comparação entre a CPTU-01 e SPT 63 Na figura 9A apresentam-se os gráficos da resistência de ponta corrigida qc e a resistência por atrito fs, ao longo da profundidade para o ensaio CPTU12, executado na região fora da escavação do dique. Na figura 9B apresenta-se o acréscimo de pressão provocado pela cravação do cone e o gráfico da pressão hidrostática. Na figura 9C são apresentadas curvas para Su máximo, tendo-se considerado um Nkt igual a 12 e Su mínimo, considerando-se Nkt igual a 20. Essa consideração foi feita porque não se tinha certeza do valor de Su para poder calibrar o piezocone (por exemplo, a partir de ensaios de palheta Vane Tests). Certamente o valor de Nkt desses solos deve estar entre 18 e 20, como indicado na literatura técnica, para solos marinhos. Na figura 9D é apresentado o parâmetro usado para classificar os tipos de solo a partir do ensaio de piezocone: Ic=sqrt((a log qnorm) + (log fnorm+b)), sendo a 3.47, b Seu valor varia de 2 a 7, sendo assim classificados os solos: (2) areias pedregulhosas, (3) areias a areias

7 A B qc C Su Figura 9: resultados do ensaio de piezocone CPTU12 (dentro do dique já escavado) Ic D

8 siltosas, (4) misturas de areias, (5) misturas de siltes, (6) argilas e (7) solos orgânicos. Como se pode observar, na camada C, o valor de Ic está sempre na interface das regiões 5 e 6, ou seja, o solo é predominantemente argilo siltoso, confirmando o que se classificou no SPT e nos ensaios de caracterização de laboratório. 4 ENSAIOS DE LABORATÓRIO 4.1. Amostragem por tubos Shelbies A partir da campanha de sondagens com retirada de amostras indeformadas executada durante a obra, foi possível a execução de ensaios de laboratório para caracterização dos solos, ensaios de adensamento e ensaios triaxiais tipo UU. Nesse trabalho são analisados ensaios realizados com material de quatro furos de sondagens, os furos denominados SPC-C120, SPC-C121, SPC-C123 e SPC-C Ensaios de caracterização Na Figura 10 apresentam-se as curvas granulométricas e na Figura 11, o Gráfico de Casagrande representa a existência de veios de areia nas camadas de argila. Índice de plasticidade (%) Gráfico de Casagrande (Estaleiro Rio Grande) Limite de liquidez - wl (%) Linha A -IP = 0,73.(wl-20) Linha B -wl = 50% 14,00 a 22,00m 28,00 a 33,00m 35,00 a 38,00m Figura 11: Gráfico de Casagrande - solo do dique Seco Na figura 12 apresentam-se a variação do teor de umidade e dos valores de limites de liquidez e plasticidade com a profundidade. Pode-se observar que na camada B há uma grande variação dos valores de umidade e limites, devido à grande estratificação do solo, enquanto na camada C (cotas maiores que 28 metros) o comportamento é mais homogêneo e crescente com a profundidade. Porcentagem passante (%) CURVA GRANULOMÉTRICA - CLASSIFICAÇÃO DO SOLO CH CL 0,001 0,01 0,1 1 Diâmetro dos grãos (mm) Argila Areno-siltosa - CH - 17,00 a 25,00m Argila siltosa - CL - 30,00 a 36,00m Argila siltosa - CH - 37,00 a 41,00m Figura 10: Curva granulométrica do Solo do dique seco Analisando-se as curvas granulométricas pode-se observar que na parte superior do gráfico há predominância de argilas alta compressibilidade e plasticidade, argilas arenosas entre as cotas -14 e -22 metros e argilas siltosas entre as cotas -28 e -33 metros. Deslocando-se para baixo encontram-se as argilas siltosas de baixa compressibilidade e baixa plasticidade, que se localizam entre as cotas -35 e -38 metros. As areias posicionadas na parte mais baixa do gráfico estão entre as cotas -14 e -22 metros e provavelmente Profundidade (m) wl, wp e wnat (%) Figura 12: de Atterberg x profundidade IP wl (%) wp (%) w (%)

9 Ensaios de adensamento Na Tabela 2 apresentam-se os valores das tensões de pré-adensamento (σ vm ), índices de compressão (C c ) e expansão (C S ), índice de vazios inicial (e 0 ), umidade natural (w) e deformação específica (ε v0 ). Tabela 2: Parâmetros de adensamento do solo do Estaleiro Amostra Profundidade w e 0 ε C v0 σ' vm (m) (%) (%) R (%) C c C s 01 15,41 a 15,44 80,65 2,07 0,37 7, ,136 0, ,78 a 15,82 94,27 2,7 0,51 6, ,872 0, ,07 a 21,11 53,04 1,4 0,17 3, ,405 0, ,15 a 27,17 30,59 0,89 0,11 2, ,209 0, ,95 a 27,98 31,32 0,86 0,12 3, ,219 0, ,16 a 30,23 40,72 1,11 0,22 4, ,466 0, ,14 a 32,19 35,2 0,95 0,23 3, ,453 0, ,28 a 32,31 34,96 0,92 0,15 3, ,279 0, ,40 a 32,44 48,07 1,35 0,23 3, ,545 0, ,49 a 35,51 46,3 1,16 0,28 4, ,601 0, ,85 a 36,89 53,47 1,52 0,33 4, ,821 0, ,24 a 37,28 33,4 0,82 0,16 3, ,292 0,049 De acordo com tabela acima há um crescimento da tensão de pré-adensamento com a profundidade. As amostras 03, 04, 05 e 12 não seguem este padrão, pois apresentam um comportamento muito arenoso. Para as amostras relativas à argila CH, arenosa entre 14 e 22 metros de profundidade e siltosa entre 35 e 38 metros, estes índices são elevados. No entanto para as amostras relativas à argila siltosa CL os índices de compressibilidade são inferiores, isto indica que este solo é menos compressível do que anteriores. Na Figura 13 apresentam-se as curvas (log σ v x e) do solo do dique-seco. Índice de vazios (e) CURVA log σ v x e (17 a 25m) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0, log σ v Índice de vazios (e) CURVA log σ v x e (27,00 a 33,00m) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0, log σv Índice de vazios (e) CURVA log σ v x e (35,00 a 38,00m) 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0, log σ v Figura 13: Curvas log σ v x e para diferentes profundidades Foram feitos estudos estatísticos e as seguintes correlações entre parâmetros de diversos ensaios e que são apresentados na Tabela 2. Tabela 3: Correlações estatísticas Correlação Argila do depósito do Dique Seco do Estaleiro Rio Grande Equação r 2 C C x w(%) C c = 0,022w(%) - 0,496 0,91 C C x e 0 C c = 0,820e 0-0,468 0,94 C S x w (%) C s = 0,001w(%) - 0,015 0,78 C S x e 0 C s = 0,056e 0-0,017 0,74 Cc x LL Cc=0,0086(wl+5,22) 0, Ensaios de Resistência De início foram realizados ensaios não adensados e não drenados (UU), utilizando-se tensões confinantes entre 50 e 200 kpa, que representam na média as tensões atuais efetivas entre as cotas -15 e -40 metros. Na Tabela 4 é apresentado um resumo dos resultados obtidos. Até o presente momento ainda não se tem dados de ensaios adensados e não drenados. Tabela 4. Resultados dos ensaios UU Ensaio 1 SPCC-120 Ensaio 2 SPCC-134 Ensaio3 SPCC-121 cota: -21,3m cota: -15,6m cota: - 32,0m σ3 = 100 kpa, σ3 = 100 kpa e σ3 = kPa e 200 kpa kpa 200kPa εr=10% εr= 5% εr=10% σ 1 σ 3 =52 kpa σ 1 σ 3 =145 σ 1 σ 3 =103 kpa kpa (médio) Su = 51,5 kpa Su = 26 kpa Su = 72,5 (médio) kpa Ensaio 4- SPCC 123 cota: -37,00 σ3 = 100 kpa εr= 3% σ 1 σ 3 =226 kpa Su = 113 kpa Ao comparar o valor de 113 kpa obtido no Su para a argila siltosa na cota -37m com os valores de Su previstos pelo ensaio de piezocone, ou seja, valores de Su entre 90 e 120 kpa, entre as cotas -36 e -40, obtém-se uma boa concordância. Na Figura 14 apresentam-se as trajetórias de tensões totais e efetivas de ensaio CIU, realizado com amostra retirada da cota -30m, para tensões de adensamento de 140kPa, 180kPa e 260kPa. Da análise deste gráfico pode-se concluir que o ângulo de atrito interno efetivo φ é igual a 21,80 e coesão igual a 22 kpa para solo levemente pré-adensado e φ = 28 0 com coesão igual a zero para solo normalmente adensado. Estes valores são muito

10 semelhantes aos citados por Dias 2001, e usados pelo projetista na fase inicial do projeto, como afirmado acima. pela quantificação de parâmetros de resistência ao longo destes planos de fraqueza. A Figura 16 ilustra um dos blocos amostrados, coletado na profundidade de 15 m. O registro fotográfico ilustra com clareza a alternância de argila siltosa (material mais escuro) e erráticas lentes de areia (material mais claro) característica da camada B. Figura 14: Trajetórias de tensões de ensaio CIU 4.2. Amostragem de blocos retirados a 15m A possibilidade da coleta de quatro blocos de amostra indeformada na profundidade de 15 m, em vista do curso das obras da grande escavação, constituiu uma situação privilegiada de amostragem em tamanha profundidade. A Figura 15 ilustra tal operação. Com base no modelo estratigráfico para a área e pelas características do solo amostrado concluiu-se que a amostragem era representativa da CAMADA B. Figura 15: Coleta de bloco de amostra indeformada O manuseio dos blocos indeformados e as operações de corte de segmentos para os diferentes ensaios de laboratório mostraram ser a interface entre as lentes de areia e as camadas de argila o plano de maior susceptibilidade a ruptura por cisalhamento. Neste sentido, as análises de estabilidade do maciço passam inevitavelmente Figura 16: Bloco de amostra indeformada Ensaios de caracterização foram realizados com amostras restantes da moldagem os corpos de prova. Estes ensaios foram executados segundo as especificações das normas brasileiras: NBR 7181/84 (Solo Análise Granulométrica); NBR 6508/84 (Grãos de solos que passam na peneira de 4,8mm Determinação da Massa Específica); NBR 6459/1984 (Solo Determinação do Limite de Liquidez) e NBR 7180/1984 (Solo Determinação do Limite de Plasticidade). Para manter a condição original de salinidade da água de amassamento, os ensaios de Limites de Atterberg foram realizados sem secagem prévia das amostras. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 5, enquanto a Figura 17 apresenta as curvas granulométricas. Bastos et. Al (2010) apresentam resultados de ensaios de cisalhamento direto que foram executados em amostras extraídas das diferentes subcamadas de blocos extraídeos no fundo do dique entre as cotas -13m e -14m. Optou-se por fazer ensaios de cisalhamento direto porque não foi possível moldar corpos de prova para ensaios triaxiais, pois as subcamadas tinham espessuras não maiores que 6cm. Nas Tabelas 6, 7 e 8 apresentam-se os dados obtidos nos ensaios de cisalhamento direto para a argila, areia e interface entre os materiais. A Tabela 9 apresenta os parâmetros de resistência para os diferentes materiais. A figura 18 traz o conjunto das envoltórias de resistência.

11 Figura 17: Curvas granuométricas dos solos estudados. Os resultados, como esperado, mostram comportamento diferenciado quanto a resistência ao cisalhamento para os diferentes materiais. O solo dos estratos argilosos mostra-se coesivo e com baixo ângulo de atrito em ambas condições de velocidade ensaiadas. A areia siltosa das lentes arenosas apresenta ângulo de atrito típico de depósitos eólicos litorâneos e coesão praticamente nula. Já a interface entre os materiais mostra valores intermediários de coesão e ângulo de atrito. Cabe destacar a dificuldade na moldagem de corpos de prova nesta última condição (interface), de forma a coincidir o plano de cisalhamento com aquele que separa os materiais. Tabela 5. Resultados dos ensaios de caracterização conduzidos com amostras dos segmentos do bloco que originaram os corpos de prova SETOR VIII A VIII C Areia Fina 23 % 18 % Silte 29 % 32 % Argila 48 % 50 % Limite de liquidez 79 % 78 % (wl) Índice plasticidade (IP) de 45 % alt. plástico 45 % alt. plástico Teor de umidade 67,4 % 64, 1 % (w) Índice de 0,258 0,264 Consistência (IC) mole mole SUCS CH CH 5 CONCLUSÕES Inicialmente conclui-se que uma obra desta magnitude, envolvendo uma grande escavação, com cerca de 17 metros de profundidade, e atravessando camadas de solo sedimentar que puderam ser acessadas e examinadas in loco, tornaram possível serem recolhidas amostras em blocos de solo indeformado, para tornar possível a melhor definição dos parâmetros das diferentes camadas de solos. A disponibilidade de se realizar ensaios in situ modernos, como o piezocone - CPTU e o dilatômetro DMT certamente contribuiu em muito para melhor definir os parâmetros de projeto e contribuiu fortemente para aprofundar as pesquisas sobre o solo sedimentar regional. O acervo de dados obtidos propiciou estudos estatísticos, que contribuem para melhor definição dos parâmetros do solo, principalmente ao relacionados com resistência e deformabilidade. Provas de carga executadas em estacas, análises de cravabilidade de estacas, ensaios em tirantes, bem como todo o programa de instrumentação com piezômetros, medidores de recalques e de desloca- Tabela 6: Resumo dos resultados dos ensaios de cisalhamento direto com a argila ENSAIO Índices Físicos Tensão Tensão Cisalhante w Normal i S e i (%) i na ruptura (%) Ensaio lento Ensaio rápido 50 83,2 2, , ,2 2, , ,3 2, , ,6 2, , ,9 2, , ,3 2, ,6 Tabela 7: Resumo dos resultados dos ensaios de cisalhamento direto com a areia ENSAIO Tensão Tensão Índices Físicos Cisalhante Normal w i (%) na ruptura Ensaio 50 10,8 33,2 lento , ,1 Tabela 8:. Resumo dos resultados dos ensaios de cisalhamento direto com a interface entre os materiais ENSAIO Ensaio lento Ensaio rápido Tensão Normal Índices Físicos w i S i Tensão Cisalhante na ruptura (%) e i (%) 50 71,3 1, , ,5 1,82 92,5 68, ,4 1,70 90,8 120, ,1 2,14 96,8 42, ,0 1,54 94,3 91, ,0 1,88 91,6 122,1

12 Tabela 9: Parâmetros de resistência MATERIAL ENSAIO intercepto ângulo de coesivo atrito ( o ) ARGILA Ensaio lento 50,9 14,1 Ensaio rápido 49,1 13,8 AREIA Ensaio lento 2,4 30,8 INTERFACE Ensaio lento 13,1 22,6 Ensaio rápido 25,2 21,8 Tensão cisalhante ARGILA - ENSAIO RÁPIDO ARGILA - ENSAIO LENTO AREIA - ENSAIO LENTO INTERFACE - ENSAIO RÁPIDO INTERFACE - ENSAIO LENTO Linear (AREIA - ENSAIO LENTO) Tensão normal Figura18: Envoltórias de resistência mentos de paredes do dique, e que não foram tratados nesse trabalho, certamente contribuem em muito para a discussão sobre os parâmetros obtidos nos ensaios in situ ou de laboratório, e deverão ser tratados em outros trabalhos que sucederão a este. 6 AGRADECIMENTOS O autor gostaria de agradecer à PETROBRÁS e à empresa empreendedora da construção do dique W. Torre Eng. que se mostraram sempre dispostas a colaborar com as pesquisas do grupo de geotecnia da FURG, mantendo sempre um canal de discussão sobre: resultados de ensaios, definições de parâmetros, contratos de consultoria sobre procedimentos de execução de certos elementos da obra, principalmente aos relacionados com os aspectos geotécnicos e de controle de qualidade de concretos (laje de fundo, principalmente), além de todo o controle de compactação da obra. Todos esses aspectos permitiram contratação do Laboratório desde 2007 até 2010 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Closs, D. Estratigrafia da Bacia de Pelotas. Iheringia,n.3, p.3-76, Porto Alegre, Dias, C.R.R., (1979), Comportamento das Estacas de Fundação dos Silos do Terminal de Trigo e Soja do Porto do Rio Grande, Revista Solos e Rochas, Vol.2, n.2, pp27-. Dias, C. R. R. Caracterização dos parâmetros geotécnicos de solo sedimentar da cidade do Rio Grande Resultados de pesquisa sobre argilas moles. COPPEGEO 93,1993, Proceedings... COPPE/UFRJ:Rio de Janeiro, Brasil, pp ,1993 Dias, C.R.R., (2001), Os Parâmetros Geotécnicos e a Influência dos Eventos Geológicos - Argilas Moles de Rio Grande. Encontro Propriedades de Argilas Moles Brasileiras, UFRJ/COPPE, pp Dias, C. R. R.; Bastos, C. A. B.; Pedreira, C. L. S.. Variações no comportamento geotécnico da camada argilosa profunda ao longo do Porto de Rio Grande: Influência da energia durante o processo sedimentar. In: XV Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, 2010, Gramado. Anais. Porto Alegre:ABMS. (CD-ROM). Dias, C. R. R.; Bastos, C. A. B; Pedreira, C; Alves, A. M. de L.; Schuler, A. R. Avaliação da Estratigrafia do Subsolo do Superporto de Rio Grande/RS Aplicada a Obras Geotécnicas. In: 12º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental CBGE, Porto de Galinhas/PE. Anais..., São Paulo/SP:ABGE, 2008 (CD-ROM). Dias, C. R. R. ; Kerstner, V. W. T. Argila siltosa orgânica do Porto de Rio Grande/RS - parâmetros de laboratório e correlações. Teoria e Prática na Engenharia Civil, Rio Grande, v. 3, pp , Dias, C. R. R. e Bastos, C.A.B. (1997). Argila Siltosa Marinha de Rio Grande/RS - Análise de Dados Geotécnicos Aplicados às Obras Portuárias, VI Congresso Brasileiro da ABEQUA e Reunião Sobre o Quaternário da América do Sul, Curitiba Dias, C. R. R. e Bastos, C.A.B. (1994), Propriedades Geotécnicas da Argila Siltosa Marinha da Cidade do Rio Grande/RS - Uma Interpretaçào à Luz da Geologia Recente da Região. X COBRAMSEF, Foz do Iguaçu Godolphim, M. Geologia do Holoceno Costeiro do município de Rio Grande. Porto Alegre, p. Dissertação de Mestrado, UFRGS- Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

13 Massad, F.(1988). História Geológica e Propriedades dos solos de Baixadas: Comparações Entre Diferentes Locais da Costa Brasileira, In: Depósitos Quaternários das Baixadas Litorâneas Brasileiras, p , R.J. Schnaid, Fernando (2000), Ensaios de campo e suas aplicações à Engenharia de Fundações, Oficina de textos.