Análise de aterros sobre solos moles: caso da obra de implantação da Refinaria Abreu e Lima Suape / PE

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1 Análise de aterros sobre solos moles: caso da obra de implantação da Refinaria Abreu e Lima Suape / PE Juliana Albuquerque Biano de Lemos Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil, juliana_biano@petrobras.com.br Roberto Quental Coutinho Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil, rqc@ufpe.br RESUMO: Este trabalho descreve os estudos de estimativa de recalques efetuados em um dos aterros sobre solos moles executados na área de implantação da Refinaria Abreu e Lima RENEST, situada no Complexo Portuário de Suape, município de Ipojuca Pernambuco. A análise dos recalques realizada no referido aterro foi composta de duas etapas: previsão de recalques (fase de projeto) e retroanálise (fase pesquisa). Nas hipóteses de análise foram adotados parâmetros de compressibilidade obtidos através de correlações estatísticas para solos orgânicos e argilas moles / médias de Recife e Suape. São apresentados os resultados obtidos na simulações e sua comparação com os valores dos recalques medidos em campo. São discutidos ainda a influência da heterogêneidade do perfil do subsolo no cálculo dos recalques. Resultados bem satisfatórios foram obtidos quando da adoçào de perfis geotécnicos efetivamente representativos da área e correspondentes refinamento na definiçào dos parâmetros geotécnicos. PALAVRAS-CHAVE: aterros, solos moles, recalques. 1 INTRODUÇÃO A expansão das zonas urbanas com a construção de estradas de rodagem, ferrovias, barragens, aeroportos e a ocupação de áreas industriais, torna frequente a necessidade de construção de aterros sobre solos de baixa resistência e muito compressíveis tais como argila mole, solos orgânicos etc, usualmente referidos como solos moles. A determinação da solução mais satisfatória para construção nessas áreas depende de criteriosa avaliação de fatores técnicos e econômicos. Este trabalho descreve os estudos de estimativa de recalques efetuados em um dos aterros sobre solos moles executados na área de implantação da Refinaria Abreu e Lima RENEST, situada no Complexo Portuário de Suape, município de Ipojuca Pernambuco. O referido aterro foi executado com altura máxima da ordem de 18m sobre camada de solo compressível de espessura variável de valor máximo 8,50m. Este estudo é parte da pesquisa do GEGEP- UFPE nesta temática, tendo o GEGEP participado na supervisão dos trabalhos de investigação geotécnica da área. 2 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO O Complexo Industrial e Portuário de Suape localiza-se no município de Ipojuca, ao sul da cidade do Recife e a sede dista 52 km da capital. Dentro do Complexo Industrial Portuário de Suape está em construção a Refinaria Abreu e Lima RENEST. A Refinaria, de propriedade da Petrobras, tem como objetivo a produção de óleo diesel para complementação da oferta do produto no mercado brasileiro. O empreendimento prevê a otimização dos processos, baixo consumo energético, modernos equipamentos e tecnologias avançadas em sinergia com o meio ambiente. Com esquema único de refino, a RENEST processará exclusivamente petróleo

2 pesado, com alto rendimento em diesel, o equivalente a 70% da produção da refinaria. Além do diesel, a Refinaria Abreu e Lima produzirá outros derivados, como nafta, GLP (gás liquefeito de petróleo) e coque de petróleo. 2.1 Localização / Características da obra A Refinaria Abreu e Lima - RNEST está localizada em uma área de 630 hectares à margem do Tronco Rodoviário Sul do Complexo Portuário de Suape, a 6km da bacia de evolução do Porto de Suape. Durante a fase de investigação geotécnica para implantação da RNEST, foram identificadas diversas áreas com ocorrência de solos moles. Cinco destas áreas foram objeto de estudos específicos para tratamento do solo durante a fase de terraplenagem. A Figura 1 identifica os locais com ocorrência de solo mole na RNEST, destacando a área de estudo deste trabalho, que foi denominada durante a fase de projeto de terraplenagem como Area 2. NORTE ÁREA DE ESTUDO LIMITE DA CERCA LOCAL COM OCORRÊNCIA DE SOLOS MOLES ÁREA m ESCALA GRÁFICA Figura 1. Área de implantação da RNEST com identificação das áreas de solos moles, com destaque para a área de estudo deste trabalho (Área 2) O projeto de terraplenagem da Área 2, localizada próxima ao limite sudoeste da área de implantação da RNEST, consistiu de um aterro com até 18m de altura construído sobre solos moles localizado a sudoeste da área de implantação da RNEST. A extensão do aterro é de aproximadamente 900m, com largura variável de 30 a 150m e área aproximada de m 2. Ao sul da Área 2, está localizado outro aterro sobre solos moles, denominado Área A onde foi projetado um aterro de 8m de altura. 2.2 Geologia e perfil geotécnico Encontram-se representadas no município de Ipojuca quatro unidades geológicas (Lima Filho, 1996), posicionadas da seguinte forma na coluna estratigráfica: Complexo Gnáissico-Migmatítico, Rochas Granitóides, Grupo Pernambuco e Coberturas Quaternárias. O Complexo Industrial e Portuário de Suape está localizado na Bacia do Cabo, onde são encontrados seis tipos litológicos distintos: conglomerados, calcários, rochas vulcânicas, arenitos, argilitos e sedimentos inconsolidados (englobam areias, argilas, siltes, cascalhos e turfas). O trecho em análise nesta trabalho é constituído por sedimentos recentes do Período Quaternário (depósitos de mangues), tipo argilas orgânicas, siltes, areias finas e restos de matéria orgânica, que formam áreas baixas, periodicamente inundáveis (Pfaltzgraff, 1998). No local da construção do aterro foram realizados furos de sondagem de reconhecimento e campanhas de obtenção de amostras para ensaios de laboratório. Durante a campanha de sondagens a percussão foram coletadas amostras para determinação da umidade natural. As sondagens realizadas mostram que o terreno natural na área estudada encontrava-se com cotas variando de +6,50m ao norte até a cota +2,50 ao sul. A Figura 2 apresenta a locação da malha de sondagens em relação à área construída do aterro. Nem todas as sondagens realizadas na área tiveram a determinação da umidade natural, apenas as sondagens indicadas em cor azul na Figura 2. Na Figura 3 são apresentados dois perfis de sondagem SPT (SP-121 e SP-128) juntamente com os valores de umidade com a profundidade.

3 Profundidade (m) Profundidade (m) 2.3 Ensaio de caracterização física Figura 2. Locação das sondagens SPT ARGILA SILTOSA /60 1/100 P/ Nspt TURFA ARGILOSA ARGILA SILTOSA IMPENE TRÁVE SP /50 P/60 TURFA ARGILOSA P/70 1/60 9 Nspt ARGILA TURFOSA ORGÂNIC A AREIA FINA ARGILA SILTOSA IMPENE TRÁVEL ,93 51,17 45,51 45,59 21,18 23,28 16,17 41,35 37,14 29,47 23,56 18,05 17,21 109,74 Umidade (%) 213,05 221,91 206,21 273,95 Umidade (%) 389,84 365,66 359,38 337,94 415, ,78 SP Figura 3. Perfis das sondagens SPT e perfis de umidade Os ensaios de caracterização física foram realizados para cada uma das amostras retiradas e constaram das seguintes determinações: análise granulométrica, limites de Atteberg (liquidez, LL e plasticidade, LP), índice de plasticidade (IP), umidade natural (Wn), peso específico natural ( nat ) e dos grãos ( ) e teor de matéria orgânica (TMO). Na sondagem SP-121, foram identificados argilas moles de conssitência muito mole, até cerca de 7m de profundidade seguida de uma segunda camada, esta de consistência mole (N SPT variando de 3 a 5), até 9m de profundidade. A sondagem SP-128 apresentou uma camada de argila orgânica de consistência muito mole até 7m de profundidade, não sendo encontrada a camada de argila de consistência mole verificada no perfil do SP-121. A distância entre as sondagens SP-121 e SP- 128 é cerca de 100m, o que chamou a atenção para a importância do estudo da variabilidade do perfil geotécnico no depósito. A camada de argila orgânica muito mole encontrada nos dois perfis apresentou altos valores de Wn (faixa de 50 a 520%). Esses valores foram próximos ligeiramente inferiores ao LL. Os valores de IP variaram na faixa de 50 a 200%. O teor de matéria orgânica (TMO) variou de 20 a 70%, com valores mais altos encontrados na estaca E121 (média de 32%). Os valores de nat e apresentaram-se com valores na faixa de 1,07 a 1,89 g/cm³ e 1,65 a 2,67 g/cm³, respectivamente. A camada de argila siltosa de consistência mole apresentou umidades na faixa de 50%, não sendo realizados ensaios de caracterização física nesta camada na fase de projeto. 3 PREVISÃO DE RECALQUES A análise dos recalques realizada no presente estudo contemplou dois tipos de previsão: a) Previsão tipo A, onde não foram levados em consideração os resultados conhecidos da medição dos recalques ocorridos;

4 b) Previsão tipo C, havendo influência do conhecimento dos valores dos recalques por adensamento efetivamente ocorridos. Nos perfis geotécnicos avaliados no estudo deste trabalho ficou caracterizado a existência de camadas de solo mole de características diferentes entre si, apontando para uma heterogeneidade do perfil geotécnico da área. Para melhor definição das características e parâmetros do solo, foram definidas seis seções para traçado dos perfis geotécnicos. Neste trabalho serão apresentadas as seções transversais denominadas B e E. A Figura 4 apresenta a posição de todas as seções analisadas no estudo completo (Lemos, 2011). Os perfis geotécnicos indicados para cada seção respeitaram a geometria da superfície do terreno, obtida através de levantamento topográfico e das cotas da boca dos furos de sondagens realizadas Figura 4. Posicão das seções transversais geotécnicas. SEÇÃO B Na seção B o subsolo é composto inicialmente por uma camada de argila siltosa com areia fina de consistência média a dura, espessura média de 1,85m e NSPT variando de 6 a 18. Em seguida encontra-se uma camada de espessura média de 3,50m, composta de uma argila siltosa de consistência de mole a muito mole. Na porção oeste do perfil, o NSPT desta argila siltosa é inferior a 1 e consistência muito mole. À medida que segue-se para oeste, o NSPT aumenta, variando de 2 a 5, com consistência do solo variando de muito mole a mole/média. O nível d água varia de 0,57m (trecho oeste) a 2,54m (trecho leste). A seção B está representada na Figura 5. SEÇÃO E O subsolo na seção E é composto inicialmente de uma camada de argila siltosa, localizada na superfície do terreno com N SPT > 10, sugerindo uma condição de ressecamento da camada superior do solo. Após esta camada, segue-se uma argila siltosa de consistência mole e N SPT variando de 3 a 5. A espessura da camada de argila siltosa mole varia de 4,00m (porções oeste e leste do perfil) a 6,90m na parte central. A consistência varia de média a rija (porção oeste do perfil), com N SPT médio igual a 10. Ao seguir em sentido leste, a argila passa a ter consistência mole, com N SPT médio igual a 4. O nível dágua varia de 0,90m a 1,78m. Diferente dos demais perfis traçado, no perfil E não foi verificada a ocorrência de solo de consistência muito mole. A Figura 6 apresenta o perfil geotécnico da seção E. Considerando-se todas as seções analisadas pode-se perceber as camadas de solo mole apresentam-se em posições e espessuras diferentes em cada seção traçada, demonstrando grande heterogeneidade no perfil geotécnico da área de estudo. Desta forma, entendeu-se neste estudo não ser adequada a adoção de um único perfil geotécnico como representativo para toda a área de estudo para o cálculo de previsão de recalques por adensamento. Identificou-se ainda como característica de todos os perfis transversais traçados o fato de que as laterais do talvegue possuem fundação mais resistente quando comparado àquele encontrado no núcleo central. Caracterizando heterogeneidade longitudinal e transversal.

5 PERFIL B1 Figura 5. Seção transversal geotécnica B. PERFIL B2 Figura 6. Seção transversal E. 4 ESTIMATIVA DOS RECALQUES 4.1 Hipóteses de análise Serão apresentados 4 cálculos de estimativa de recalques, denominadas hipóteses 1 a 4. A hipótese 1 apresenta os valores estimados pelo projetista da obra, na fase de projeto executivo. Neste cálculo, foi considerado um único perfil geotécnico representativo para todo o depósito (longitudinal e transversal). No presente estudo foram realizadas as estimativas das hipóteses 2 a 4, onde foram realizadas análises em todos os perfis transversais traçados, buscando-se maior grau de detalhamento nas análises tendo em vista a já citada variabilidade nas características das camadas de cada perfil verificada na investigação geotécnica. Na hipótese 2 foi realizada uma previsão de recalque tipo A, onde

6 não levou-se em consideração os resultados conhecidos de medição dos recalques ocorridos. Nas hipóteses 3 e 4 foi realizada previsão tipo C, onde foram levados em consideração os valores conhecidos de recalques medidos. A Tabela 1 apresenta um resumo das hipóteses estabelecidas para cálculo dos recalques. Tabela 1. Hipóteses estabelecidas sobre as considerações para cálculo dos recalques por adensamento Estimativas Tipo de análise Hipótese 1 Cálculo em termos de projeto JBR & GEOSISTEMAS [2010] Hipótese 2 Previsão tipo A, com correlações de Recife (Coutinho et al 1998a) Hipótese 3 Previsão tipo C, consulta bibliográfica Recife B&D Hipótese 4 Previsão tipo C, consulta bibliográfica Suape B&D Para a hipótese 2 previsão tipo A, foram adotados parâmetros de compressibilidade obtidos através de correlações estatísticas para solos orgânicos e argilas moles/médias de Recife (Coutinho et al 1998a) indicadas na Tabela 2 a partir dos valores de umidade estimados a partir de umidades obtidas em sondagens SPT próximas ou similares. Para a hipótese 3, os parâmetros de compressibilidade Cs e e 0 foram estimados conforme descrito da Tabela 2. Para o indíce de compressão, Cc foram realizadas simulações com os valores típicos das argilas moles de Recife, obtidos em perfis semelhantes no banco de dados do GEGEP UFPE para as áreas de pesquisa Sesi Ibura e Clube Internacional (Coutinho, 2007) e do CRCN Recife (Soares, 2006). Para a hipótese 3, o Cc utilizado nas simulações teve como base os valores / correlações obtidos por Bello (2011) e Coutinho & Bello (2012) em depósitos de solos moles localizados na região de Suape. Neste trabalho serão debatidos os resultados obtidos para as seções tranversais B e E, onde foram obtidos os melhores resultados de estimativa de recalques. O estudo completo, com análise de todas as seções estudadas, encontra-se em Lemos (2011). Para a seção B a estimativa foi realizada em dois pontos do perfil denominados B1 e B2. Esta subdivisão foi adotada devido a diferença entre os perfis geotécnicos localizados no centro e na extremidade da seção transversal. Tabela 2 Resumo critérios adotados para os parâmetros Dados / parâmetros Simulação Cc Cs e 0 Hipótese 1 Critérios do projetista da obra (*) Hipótese 2 Correlações com W(%) (Coutinho et al 1998a) Hipótese 3 Consulta bibliográfica (Recife) Hipótese 4 Consulta bibliográfica (Suape) Cs = 0,15Cc Correlações com W(%) (Coutinho et al 1998a) (*) Definidos a partir dos ensaios de campo (CPTU e palheta), ensaios de laboratório e valores típicos das argilas orgânicas e turfas presentes na região (Schnaid, 2000; Coutinho e Bello, 2005). 4.2 Parâmetros geotécnicos adotados Com base nas premissas para cada hipótese, foram adotados os parâmetros geotécnicos indicadas na Tabela 3. 5 RESULTADOS E ANÁLISE Os valores dos recalques estimados obtidos em cada seção de acordo com as hipóteses propostas encontram-se detalhados por camada na Tabela 4. Os valores dos recalques obtidos em cada seção transversal analisada variaram entre si, ressaltando a variabilidade das características do subsolo em cada seção apesar da pequena distância (em torno de 40 metros) entre elas. Observou-se que todos os valores de recalques previstos nas hipóteses de retroanálise (perfis variados) foram inferiores àqueles estimados na hipótese 1 projeto (perfil único). Analisando-se os valores obtidos nas hipóteses de previsão de recalques calculadas, verificou-se que aquela que obteve os resultados mais próximos daqueles medidos in loco foi a hipótese 4, a qual utilizou perfis representativos e estudo refinado dos parâmetros do local.

7 Tabela 3 Parâmetros geotécnicos adotados por seção em cada hipótese simulada Altura do Seção Hipótese Camada Descrição Espessura da camada (m) aterro (m) OCR W% e 0 Cc Cs 1 Turfa 1,50 4-3,0 1,60 0,20 Argila U* 1 2 orgânica 3,50 18,00 2-1,5 0,63 0,10 3 Argila orgânica 2,50 1-1,5 0,63 0,10 B1 150 / Argila ,1 3,0 ( ** ) 0,447 orgânica 16,91 2, / siltosa ,1 1,3 0, Argila ,3 0,606 0,099 B2 3 1 orgânica 3,90 15, ,3 0,5 0, siltosa ,3 0,35 0, Argila ,3 0,606 0,099 E 3 1 orgânica ,3 0,5 0,075 17,72 siltosa 5, ,3 0,35 0,0525 (*) Seção única, adotada no projeto executivo. (**) Valor correspondente a umidade máxima W%=320,00. Os resultados com menor dispersão em relação aos recalques medidos foram obtidos nas seções B2 (ou B1/B2) e E onde foram obtidos recalques de 0,5988 (ou valor médio B - 0,6815) e 0,7961 para recalques medidos de 0,45 e 0,67, respectivamente. Esta constatação aponta para a importância do conhecimento detalhado do perfil geotécnico do subsolo e aponta para a necessidade de adoção de mais de um perfil típico quando da realização dos cálculos de estimativa de recalques. A adoção de um perfil único para todo o depósito pode resultar em recalques calculados não representativos da realidade, com valores significativamente diferentes. Deve ser registrado que neste caso a diferença do projeto foi em princípio a favor da segurnça. Tabela 4 Recalques estimados por seção Seção Hipótese Camada U* 1 B1 B2 E Espessura da camada (m) Recalque estimado por camada (m) 1 1,50 1, ,50 1, ,50 0,7170 Recalque estimado total (m) 2 1 2,95 1,7735 1, ,95 0,7642 0, ,90 1,0367 1, ,90 0,8554 0, ,90 0,5988 0, ,90 1,3908 1, ,90 1,1372 1, ,90 0,7961 0,7961 (*) Seção única, adotada no projeto executivo. Recalque medido (m) 2,7803 0,45 / 0,67 0,45 0,67

8 7 CONCLUSÕES A análise dos recalques medidos durante a execução da obra e aqueles calculados durante a retroanálise permitiu as seguintes conclusões: Ficou evidenciada a importância já amplamente discutida na literatura de uma campanha geotécnica ampla e de qualidade de amostragem, base para definição dos perfis geotécnicos representativods do local e dos correspondentes parâmetros a serem utilizados na previsão de recalque. É de grande importância a determinação da umidade natural em depósitos de solos compressíveis. Tal informação permite a identificaçào da variabilidade dos perfis, detalhamento das investigaçòes complementares e a utilização de correlações locais, permitindo comparações com resultados obtidos em ensaios de laboratório / campo e aumentando a confiabilidade do projetista quanto aos parâmetros (e sua varibilidade) a utilizar no projeto. A adoção de um perfil único do subsolo não se mostrou adequada no depósito estudado. As seções traçadas evidenciaram um perfil heterogêneo (longitudinal e transversal), com subcamadas alternadas e variações na cota da superfície do terreno. A consideração de perfis geotécnico representativos permite detalhar e identificar variações das camadas do subsolo com a profundidade, melhor determinação da espessura das camadas / subcamadas e definições dos parâmetros geotécnicos, além de nortear a necessidade e posicionamento de investigações adicionais. AGRADECIMENTOS Coutinho, R. Q. (2007) Characterization and Engineering Properties of Recife Soft Clays Brazil. The Second International Workshop on Characterization e Engineering Properties of Natural Soils. Tan, Phoon, Higth and Leroueil (editors). Singapore, p Coutinho. R. Q.; Oliveira, J. T. R. & Oliveira, A. T. J. (1998a). Estudo Quantitativo da Qualidade de Amostras de Argilas Moles Brasileiras - Recife e Rio de Janeiro. In: XI COBRAMSEG - Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, ABMS. Brasília, v. 02. p Coutinho, R. Q. & Bello, M. I. M. C. V. (2004). Geotecnia do Nordeste. Capítulo: Aterros sobre solos Moles, Livro ABMS Núcleo Nordeste. Ed. Universitária UFPE, cap. 3, pp Coutinho, R. Q. & Bello, M. I. M. C. V. (2012) Undrained Strength and Overconsolidation Ratio Parameters of Suape Soft Clays, Pernambuco. In: ISC-4 Int. Conf. on Site Characterization; Editors Coutinho & Mayne, Taylor&Francis, ISSMGE, ABMS, UFPE, Porto de Galinhas, in press. JBR & GEOSISTEMAS [2010]. Projeto de Engenharia dos aterros sobre solos moles da Refinaria Abreu e Lima RNEST, Recife. Lemos, J. A. B. (2011) Análise de aterros sobre solos moles: caso da obra de implantação da Refinaria Abreu e Lima Suape / PE. Tese de mestrado, DEC/UFPE. Lima Filho, M. (1996). Mapa geológico das folhas Ipojuca/ Ponta da Gambôa e Sirinhaém, escala 1: Recife: LAGESE, 53p. Pfaltzgraff, P. A. S. (1998). Carta geotécnica e de suscetibilidade a processos geológicos do Município de Ipojuca/Pernambuco. Recife, CPRM/FIDEM, 18 p. Schnaid, F. Ensaios de Campo, Oficina de Textos, São Paulo, 208p. [2000] Soares, F. L. (2006). Análise de provas de carga estática em estacas pré-moldadas instrumentadas em depósitos de argilosos. Tese de Doutorado, DEC / UFPE.. Refinaria Abreu e Lima RNEST: Relatório de acompanhamento da instrumentação geotécnica nas áreas SM 02, A, 04, 05 e B (RE a RE- 767-). Recife: Geoprojetos Engenharia Ltda, [2010], 378p. Relatório Técnico. A Petrobras pelos dados cedidos para realização desta pesquisa. REFERÊNCIAS Bello, M. I. M. C. V. (2011) Estudos de parâmetros geotécnicos de argilas moles estruturação de banco de dados a partir de caracterização geotécnica Suape/PE. Tese de doutorado, PPGEC / UFPE.