Projeto de Aterro Para Posto de Pesagem na BR-116-RJ - km131

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1 Projeto de Aterro Para Posto de Pesagem na BR-6-RJ - km3 Carolina de Albuquerque Cardoso e Sílio Carlos Pereira Lima Filho LPS Consultoria e Engenharia Ltda RESUMO: O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de estudos geotécnicos efetuados para as obras de implantação do Posto de Pesagem Móvel da Concessionária Rio-Teresópolis S.A (CRT), localizado na rodovia BR 6-RJ no km 3, trecho Além Paraíba Teresópolis. As fases do projeto foram desenvolvidas através de visita de inspeção de campo, programação de investigações geotécnicas, análise e interpretação dos resultados das investigações e concepção do projeto, detalhamento e custos básicos. A ocorrência de solos compressíveis e com pequenas espessuras (,70 a 3,50 m) ensejou a remoção parcial dos mesmos como sendo a solução mais viável. PALAVRAS-CHAVE: Aterros, Solos Moles, Estabilidade, Deformação. INTRODUÇÃO As obras para implantação dos Postos de Pesagem Móvel estão localizadas na rodovia BR 6-RJ no km 3, trecho Além Paraíba Teresópolis, em um trecho que possui cerca de 750 m de extensão. A plataforma de pavimentação possui cerca de 4,00 m, aumentando para,20 m nas curvas de acesso ao estacionamento e 8,00 m no trecho do estacionamento. Cada um dos dois trechos de pesagem possui 4,00 m de largura e cerca de 9,00 m de comprimento. As deformações admissíveis do posto de pesagem devem ser menores que /300 para evitar a ocorrência de danos estrututrais. Serão apresentados no presente trabalho os resultados das investigações geotécnicas executadas, os estudos de estabilidade e deformabilidade desenvolvidos para a implantação de plataforma para a pesagem de veículos de carga em trecho específico da rodovia supracitada e a descrição do Projeto Executivo de estabilização de fundação. 2 PERFIL GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO O programa de investigações geotécnicas definido após a visita ao local consistiu de 4 (quatro) furos de sondagens à percussão, localizados na faixa de domínio da rodovia. Analisando os boletins de sondagens, observa-se no local de implantação da obra, a ocorrência sistemática de camada superficial de argila siltosa turfosa com N SPT médio igual a 3 e espessura variável ao longo do trecho de,70 m a 3,50m. Subjacente ao solo argiloso ocorre camada de solo com textura arenosa pouco compacta a compacta com N SPT crescente com a profundidade variável de 7 a 4 golpes e espessura variável de 3,00 a 6,00 m. Este horizonte configura o limite da maioria das sondagens executadas. O limite imposto para as sondagens foi devido a conhecimentos de furos-pilotos em que, a partir de 5,00 m 6,00 m de profundidade, os N SPT são crescentes com a profundidade, não apresentando camadas menos resistentes. O nível d água observado nas sondagens coincide com o nível do terreno. 3 ESTUDOS GEOTÉCNICOS 3. Análises de Estabilidade Foram realizadas verificações de estabilidade dos taludes do aterro de ampliação da plataforma da estrada para implantação do posto de pesagem móvel, diante das condições de solicitação a que será submetido este maciço. A seção representativa utilizada na análise de estabilidade, foi a Estaca ,583, que constitui a seção de maior profundidade de escavação e perfil geotécnico mais desfavorável, com espessura de camada de argila turfosa muito mole de 3,50 m.

2 3.. Condições de Solicitação As situações estudadas envolveram os seguintes casos de carregamento: a) Final de Construção sem remoção de camada superficial pouco resistente; b) Final de Escavação com remoção parcial desta camada; c) Final de Construção com remoção de camada superficial pouco resistente, e d) Operação Normal. Na condição de Final de Construção admitese que o aterro compactado novo apresenta níveis finais de terraplenagem com poro pressões geradas na construção ainda não dissipadas integralmente, sendo estas estimadas pelo parâmetro ru constante e igual a 0,20 e sobrecarga de equipamentos construtivos (25 kpa). Para a condição de Final de Escavação foi analisada a estabilidade da escavação executada para substituição de fundação. Também foi adotada sobrecarga de equipamentos construtivos igual a 25 kpa. Na condição de Operação mais desfavorável, considera-se poro pressões construtivas no aterro dissipadas (ru =0), estacionamento pleno de veículos de dois eixos na plataforma da estrada atual e de três eixos em toda plataforma adicional de pesagem. Foi adotada, para operação, sobrecarga de 25 kpa para a plataforma nova. Todas as condições de análise consideram na fundação, o nível d água freático/piezométrico superficial observado nas sondagens Parâmetros Geotécnicos Os parâmetros geotécnicos dos materiais de construção adotados nas análises basearam-se em parâmetros indicados na literatura técnica em correlações com valores de N SPT das sondagens executadas e de experiências de obras semelhantes anteriores. Os parâmetros de materiais de fundação foram arbitrados em função de classificação geológica, descrição táctil-visual, avaliação de SPT e consulta bibliográfica. A Tabela apresenta os parâmetros geotécnicos adotados nas análises numéricas. Tabela. Parâmetros Geotécnicos. γ Solo nat (kn/m 3 c' ) (kpa) Su (kpa) φ' ( ) Areia 7, ,0 Aterro Novo 9,0 0,0-28 0,2 Aterro Existente 9,0 5,0-28 0,0 Turfa 5,0-0,0 0 0,0 Argila mole à média 6,0 5,0-25 0,0 Areia pouco compacta 7,0 0,0-28 0,0 Areia compacta 8,0 5,0-32 0,0 Obs.: γ = peso específico natural, c = coesão efetiva, φ = ângulo de atrito efetivo, r u = parâmetro de poro pressão, S u = resistência não-drenada Análises Numéricas Todas as análises de estabilidade foram realizadas em tensões efetivas e utilizaram equilíbrio limite mediante método de Bishop e Janbu Simplificados levando em conta o mecanismo de ruptura de superfícies potenciais circulares e não circulares. O cálculo foi realizado por meio de programa computacional SLIDE 5.0. O programa considera poro pressões a partir de uma ou mais condições de linhas piezométricas ou a partir de interpolação de pontos de poro pressão ou por meio de parâmetro de poro pressão ru. O cálculo realiza pesquisa dentre centenas de superfícies potenciais de ruptura e determina a que apresenta menor fator de segurança, sendo esta denominada superfície crítica. Os fatores de segurança admissíveis adotados baseiam-se na importância, vida útil necessária da obra, freqüência, tipo e período de solicitação. Para Final de Construção e Escavação Provisória foi adotado um fator de segurança admissível igual a,25, e para o caso de Operação Normal o fator de segurança foi igual a,50. r u

3 3..4 Resultados das Análises de Estabilidade A Tabela 2, a seguir, apresenta os resultados das análises efetuadas indicando os fatores de segurança mínimos obtidos diante das condições de solicitação de projeto. Tabela 2. Resultados da Análises de Estabilidade. Condição de Solicitação Superfície FS Final de Construção (sem remoção) Circular,03 Final de Escavação (remoção de solo mole) Circular 2,99 Final de Construção Circular,56 (substituição de fundação) Planar,90 Operação Nomal Circular,60 Os resultados dos estudos realizados indicaram a necessidade de remoção de solo turfoso de fundação, não só por motivos de compressibilidade, mas também pela estabilidade dos aterros. A substituição por aterro predominantemente granular indica condições satisfatórias de estabilidade durante a construção e operacionalmente, com taludes típicos de aterro, (V):,5(H). O processo de escavação previsto com cava inundada apresenta condições satisfatórias de estabilidade com taludes (V):(H), em relação à estrada atual. 3.2 Estudos de Deformabilidade 3.2. Metodologia de Cálculo Os recalques provenientes de um carregamento feito na superfície do terreno podem ser estimados pela Teoria da Elasticidade (Linear), admitindo-se o comportamento do solo assimilado ao de um meio isotrópico e homogêneo. Para cálculo das deformações sob o corpo do aterro adicional foi utilizada de forma simplificada a Lei de Hooke. Os recalques elásticos ou imediatos na superfície devidos ao carregamento móvel do radier da balança, também foram calculados a partir Lei de Hooke, porém as tensões em profundidade foram determinadas com utilização do ábaco de Newmark. Para o cálculo e avaliação dos recalques imediatos devido a execução do aterro compactado (plataforma de terraplenagem) e da plataforma de pavimentação foi definida como a seção representativa seção da Estaca , Cálculo de Deformações Imediatas Referentes à Terraplenagem Os materiais de aterro e de fundação apresentam características de compressibilidade a longo prazo desprezíveis. As deformações previstas são elásticas e imediatas após aplicação do carregamento, em virtude da remoção dos solos argilosos de alta compressibilidade. Os valores de recalques elásticos devido a terraplenagem são considerados conservadores, pois consideram construção imediata de todo maciço. Neste modelo foram consideradas duas regiões, apresentadas na Figura, a saber: Região A: carregamento uniforme sob plataforma nova; Região B: carregamento triangular sob talude novo. O valor destes recalques é máximo sob a vertical limítrofe da região A com a região do aterro existente. O valor calculado é o somatório das deformações em profundidade dos diversos estratos durante a construção. Na prática tais deformações vão sendo compensadas na própria construção dos aterros. Desta forma, este valor é indicador do acréscimo de volume de terraplenagem. Ao final da construção, antes da operação, estas deformações, aproximadamente uniformes em razão da relativa homogeneidade de fundação, já terão sido compensadas, restando somente deformações elásticas de carregamento móvel intenso, o qual será apresentado no item Os recalques imediatos foram calculados devido à sobrecarga do aterro compactado. Para subcamadas determinadas pelas sondagens, o módulo de deformabilidade foi estimado a partir da resistência de ponta do ensaio de cone (q c ) multiplicada pelo coeficiente de Buisman (α).

4 E = α.q c () O valor da resistência de cone, por sua vez, foi estimado a partir do N SPT de cada subcamada, multiplicando este valor por um coeficiente K que depende da caracterização do terreno de fundação e que correlaciona q c e N SPT. q c = K.N SPT (2) Então: E = α.k.n SPT (3) Os valores de α e K adotados são apresentados na Tabela 3 a seguir. Tabela 3.Valores de α e K adotados. α K Solo (Trofimenkov, 974) (Teixeira, 993) Areia 2,5 0,9 Argila 7,0 0,25 Para os demais materiais, a saber: o aterro novo, a areia da camada de substituição e da fundação 3 (areia medianamente compacta à compacta), os módulos de deformabilidade foram obtidos da literatura. Para o cálculo do acréscimo de tensões ao longo da profundidade devido à sobrecarga (aterro) atuante na superfície, foi utilizado o ábaco de Boussinesq. A Figura apresenta o croqui do modelo adotado. O recalque elástico máximo de terraplenagem foi estimado em cerca de 5,00 cm Cálculo de Recalques Imediatos Devido à Carga Móvel O valor do recalque imediato devido ao carregamento móvel (após a execução do aterro compactado) foi estimado de forma análoga ao item anterior, contudo com uma outra abordagem, na qual foram calculadas as tensões em profundidade com utilização do ábaco de Newmark. A sobrecarga adotada foi a sobrecarga de superfície (25kPa). Os recalques foram calculados para o centro, o canto e a borda da placa de pesagem. A Figura 2 a seguir apresenta o croqui esquemático do modelo adotado. BALANÇA ATERRO NOVO AREIA 25kPa FUNDAÇÃO ARGILA SILTO-ARENOSA (N=6) FUNDAÇÃO 2 AREIA ARGILOSA (N=3) FUNDAÇÃO 3 AREIA COMPACTA Figura 2 Croqui Esquemático 4,5 ESTACA ,583 3,29 2,97 3,0,94 σz 6,0 2,9 ATERRO NOVO A AREIA,5 FUNDAÇÃO ARGILA SILTO-ARENOSA (N=6) B FUNDAÇÃO 2 AREIA ARGILOSA (N=3) A variação do recalque absoluto sob a placa foi estimada entre 0,25 a 2,00 cm. Cabe ressaltar que os valores absolutos de recalque são conservadores em função do nível de carregamento adotado. Estes recalques podem ocasionar necessidade de manutenção nas interfaces (bordas) de pavimento flexível/pavimento de concreto. A Tabela 4 a seguir, apresenta um resumo dos recalques totais e diferenciais obtidos. 2,0 FUNDAÇÃO 3 AREIA COMPACTA Figura. Croqui Esquemático.

5 Tabela 4 Resumo Recalques Totais e Diferenciais. Recalques Totais Recalques Diferenciais Posição ρ total (cm) Posição Δρ (cm) Centro,70 ρ canto/bordo 0,55 Bordo 0,80 ρ canto/centro,45 Canto 0,25 ρ centro/bordo 0,90 O recalque diferencial máximo da placa de fundação estimado foi /450, inferior a /300 limite técnico para ocorrência de danos estruturais. 4 CONCLUSÕES O acréscimo de plataforma rodoviária projetado apresenta fundação em terreno de compressibilidade média a alta. A execução de aterros e estruturas sensíveis como balanças implicam em deformações diferenciais de fundação mínimas, demandando tratamento de fundação. O presente trabalho apresentou como tratamento mais viável, face ao tipo de perfil ao longo do trecho de interesse, a remoção da camada superior argilosa mole. As espessuras de remoção previstas variam de,00 a 3,50 m ao longo dos trechos, conforme a Planta de Escavação do Projeto. O conceito de tratamento de fundação prevê a substituição do solo turfoso mais compressível por solo granular no trecho sob água e execução sobreposta de aterro compactado rigorosamente com espessura máxima de camada solta igual a 25 cm, grau de compactação do Proctor Modificado > 00% e umidade igual a ótima +/- 2%, conforme detalhado nas especificações. Aplicam-se neste trecho os mesmos cuidados executivos de limpeza e tratamento dos taludes da estrada antiga, devendo ser executado denteamento do mesmo após remoção do solo vegetal para melhor contato com novo aterro. A Figura 3 apresenta a Seção Típica do Projeto. REFERÊNCIAS Almeida, M.S.S. (996), Aterro sobre Solos Moles: da Concepção à Avaliação do Desempenho, Editora da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil, 25 p. Boussinesq, J. (855), Aplication des potenciels a l étude de l equilibre et du mouvment des solides élastiques, Paris, Gauthier, Villard. Teixeira, A.H. (993), Um Aperfeiçoamento das Sondagens de Simples Reconhecimento à Percussão, Anais da Mesa-Redonda Solos do Inteiror de São Paulo, p Velloso, D.A. e Lopes, F. R. (2002), Fundações Vol, Editora da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil. Terzaghi, K. (954), Theoretical Soil Mechanics, 7th. edition, John Wiley and Sons, New York. Trofimenkof, J.G. (974), Penetration Testing in Eastern Europe, Proc. European Symposium on Penetration Resistance, Stockolm, Vol.2., p ATERRO EXISTENTE DENTEAMENTO 2 P7 RAMO 200 RAMO 00 P70 P69 EST ,242 EST. 24+5,439 REVESTIMENTO DE GRAMA EM PLACA PAVIMENTO SOLO COMPACTADO REATERRO COM AREIA/PÓ DE PEDRA,5 CERCA FAIXA DE DOMÍNIO x Figura 3. Seção Típica