Obras Geotécnicas TC 066

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1 Obras Geotécnicas TC 066 Curso de Engenharia Civil 7º Semestre Vítor Pereira Faro Março 2017 Drenos Verticais Funcionamento dos Drenos Verticais Consiste na introdução no solo natural de elementos verticais de drenagem, reduzindo a distância de drenagem, o que origina a aceleração do processo de consolidação

2 Drenos Verticais Drenos de Areia Drenos Verticais Drenos de Areia A execução de drenos de areia por furação e posterior injeção produz os drenos mais eficientes Drenos executados por deslocamento do solo (por exemplo por vibropenetração) conduz a drenos menos eficientes (aumento do tempo de consolidação em cerca de 20 40%), mas têm a vantagem de reduzir significativamente o assentamento do solo de fundação Durante a colocação da areia é importante garantir que a coluna de areia é contínua ao longo de todo o dreno

3 Drenos Verticais Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos) A maior parte dos drenos pré fabricados são revestidos por geotextis possuindo uma forma alongada com cerca de 10 cm de largura e alguns milímetros de espessura. Drenos Verticais Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos) Noção de Diâmetro Equivalente (d w )

4 Drenos Verticais Dimensionamento dos Drenos Verticais Drenos Verticais Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos) Método Construtivo

5 Drenos Verticais Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos) Método Construtivo Drenos Verticais Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos) Sequência Construtiva

6 Drenos Verticais Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos) Método Construtivo Drenos Verticais Drenos Pré Fabricados (Geossintéticos) Método Construtivo

7 Drenos Verticais Dimensionamento dos Drenos Verticais Capacidade de Carga dos Drenos é infinita? Drenos Verticais Dimensionamento dos Drenos verticais

8 Barreiras Drenantes Drenos Verticais Barreiras Drenantes Barreiras Drenantes As barreiras drenantes são geralmente executadas por escavação da vala e posterior enchimento com areia. A profundidade máxima destas trincheiras é de 5 a 7 m, condicionado em geral pela estabilidade das paredes da trincheira Grau de consolidação do solo entre as barreiras U vh, 1 U vh =(1 U v )(1 U h ) Deve se monitorizar a evolução do processo de consolidação entre as trincheiras drenantes, bastando para o efeito instalar placas de recalque e um piezómetro no ponto médio da camada

9 Diminuição do Peso do Aterro Características dos Materiais a Utilizar (OECD 1979, Delmas et al. 1987): reduzido peso específico boa resistência mecânica, química e a baixas temperaturas reduzida compressibilidade de fácil compactação não corrosivo não poluente Diminuição do Peso do Aterro Materiais Usuais resíduos de madeira ( = 8 10 kn/m 3 ) resíduos industriais (cinzas, escórias) ( = kn/m 3 ) pneus usados, com ou sem materiais de enchimento ( = 6 8 kn/m 3 ) concreto de baixa densidade ( = 5 10 kn/m 3 ) argila expandida ( = 5 10 kn/m 3 ) poliestireno expandido ou extrudido ( = 1 kn/m 3 ) polipropileno extrudido ( = 8 10 kn/m 3 )

10 Diminuição do Peso do Aterro Os resíduos das indústrias de madeira são dificilmente compactáveis e, além de se poderem desintegrar com o tempo, existe um risco agravado de poluir os aquíferos Os resíduos industriais são pouco atractivos, em relação a outros materiais mais leves. Além disso, estes materiais são geralmente afectados pela água, só devendo ser utilizados acima do nível freático, exibindo também propriedades químicas que podem ser agressivas para as estruturas circundantes Os quatro últimos materiais citados são os mais caros, sendo o mais promissor e mais difundido o poliestireno expandido, devido ao seu reduzido peso específico Diminuição do Peso do Aterro Utilização de Blocos de Poliestireno Diminuição da pressão aplicada pelo aterro no solo de fundação Diminuição dos impulsos de terras sobre o encontro do viaduto

11 Diminuição do Peso do Aterro Utilização de Blocos de Poliestireno Este material é geralmente utilizado na forma de blocos (3m x 1m x 0,5m) consultar fornecedor Para diminuir a influência nefasta dos hidrocarbonetos, este material deve ser protegido superficialmente com uma manta de polipropileno, com espuma de propileno (10 cm) ou com uma camada de betão armado (10 cm) Diminuição do Peso do Aterro Utilização de Blocos de Poliestireno Redução do peso na aproximação do aterros a estruturas, de modo a reduzir as pressões horizontais tanto nas estruturas como nas suas fundações Alargamento de aterros antigos Redução do peso em aterros muito altos Redução do peso de aterros antigos que continuam a ter elevados assentamentos, em particular junto a estruturas fixas (estruturas sobre estacas, por exemplo)

12 Diminuição do Peso do Aterro Utilização de Blocos de Poliestireno Resistência do EPS em função da densidade (consultar fornecedor) Densidade Mínima > 20 Kg/m 3 (Leovaldo Martins, 2005) Diminuição do Peso do Aterro Utilização de Blocos de Poliestireno

13 Diminuição do Peso do Aterro Utilização de Blocos de Poliestireno Diminuição do Peso do Aterro Utilização de Blocos de Poliestireno

14 Diminuição do Peso do Aterro Utilização de Blocos de Poliestireno Diminuição do Peso do Aterro Utilização de Blocos de Poliestireno

15 Substituição Total/Parcial de Solos Moles Metodologias geralmente utilizadas Escavação e posterior enchimento No caso da substituição ser efetuada por escavação, esta pode ser total ou parcial, dependendo a sua secção transversal da geometria do aterro e das propriedades mecânicas dos materiais do aterro e do solo de fundação Deslocamento direto do solo mole Económico, mas pode existir contaminação do solo substituído, levando ao incremento dos custos de manutenção deste tipo de obras Substituição Total/Parcial de Solos Moles Deslocamento Direto Repulsão Total Repulsão Parcial

16 Substituição Total/Parcial de Solos Moles Deslocamento Direto Aterro Sobre Estacas de Concreto Técnicas de Execução O aterro apoia se diretamente sobre a cabeça das estacas (a) Instala se uma laje em concreto entre as estacas e o aterro (b)

17 Aterro Sobre Estacas de Concreto Técnicas de Execução Instalação de Geogrelhas sobre as estacas Aterro Sobre Estacas de Concreto Mecanismo de transferência da carga para as estacas

18 Aterro Sobre Estacas de Concreto Aterro Sobre Estacas de Concreto

19 Aterro Sobre Estacas de Concreto Aterro Sobre Estacas de Concreto

20 Aterro Sobre Estacas de Concreto Estacas de Brita Suportar uma parte do peso do aterro Aumento da capacidade de carga

21 Estacas de Brita Suportar uma parte do peso do aterro Aumento da capacidade de carga Acelerar a consolidação Funcionamento como um dreno vertical Estacas de Brita Suportar uma parte do peso do aterro Aumento da capacidade de carga Acelerar a consolidação Funcionamento como um dreno vertical Ajuda a densificação do solo circundante Diminui o potencial de liquefação Reduz o assentamento

22 Estacas de Brita Estacas de Brita Processo Executivo Método Não Vibratório

23 Estacas de Brita Processo Executivo Método Vibratório Enchimento pelo Topo ( Top feed method ) Estacas de Brita Processo Executivo Método Vibratório Enchimento pela Base ( Bottom feed method )

24 Estacas de Brita Processo Executivo Método Vibratório Estacas de Brita Processo Executivo Método Vibratório

25 Colunas de Areia Encamisadas Geossintético tubular de alto módulo de rigidez à tração perimetral e baixa fluência, com perímetro contínuo (sem emendas) Principal aplicação é o confinamento e o reforço de colunas de areia ou de brita em sistemas de melhoramento de solos para implantação de aterros em solos moles Colunas de Areia Encamisadas Fonte: Huesker.com

26 Mistura com Cimento Seco DRY MIX Esta técnica consiste em misturar a camada de solo mole que deve encontrar se na superfície com cimento seco. O cimento reage com a água contida no solo, endurecendo a mistura. A presença de cloretos e/ou sulfatos pode retardar ou inibir a reação do cimento com a água, o uso de aditivos pode ajudar a enfrentar estas situações. Sua aplicação está limitada ao alcance da lança Mistura com Cimento Seco DRY MIX

27 Deep Mixing Deep Mixing

28 Deep Mixing Deep Mixing Trecho Experimental

29 Deep Mixing Casos de Obras Deep Mixing Barreiras de Colunas

30 Deep Mixing Barreiras de Colunas Casos de Obras CPR Grouting Conhecido como Consolidação Profunda Radial (CPR), desenvolvida pela empresa Engegraut (INPI, 2012). O processo de enrijecimento do solo argiloso mole tem início a partir da indução do excesso de poropressão e sua redução através dos geodrenos, promovido por expansão de cavidades devido à formação de bulbos de compressão com geogrout. Baseada na teoria de adensamento de solos argilosos, dentro deste contexto cria, inicialmente, um ambiente drenante artificial no solo argiloso para, a seguir, comprimir e confinar o solo via expansão de cavidades, com bulbos de geogrout. O resultado é o adensamento do solo, impondo resistência devido ao processo de confinamento, aumentando a rigidez e, consequentemente diminuição dos recalques.

31 CPR Grouting Engegraut (2009) CPR Grouting Engegraut (2009)

32 Instrumentação Instrumentação A instrumentação de uma obra torna se indispensável pois permite um controlo direto do funcionamento dos vários constituintes da obra, comparando os com o previsto em projeto Diversos tipos de Instrumentação, dependendo da análise a ser efetuada Deslocamentos Verticais Deslocamentos Horizontais Medidas de Poropressão Ganho de Resistência Não Drenada Esforços em Reforços com Geossintéticos

33 Deslocamentos Verticais Placas de Recalque Extensômetros Perfilômetros Deslocamentos Verticais Placas de Recalque Mais comum Simples execução Fácil instalação Leituras topográficas

34 Deslocamentos Verticais Placas de Recalque Mais comum Simples execução Fácil instalação Leituras topográficas Deslocamentos Verticais Placas de Recalque

35 Deslocamentos Verticais Extensômetros Medidas de recalques em profundidade Obras de grande porte Instalação de tubo vertical Necessita de referência indeslocável Deslocamentos Verticais Extensômetros Medidas de recalques em profundidade Obras de grande porte Instalação de tubo vertical Necessita de referência indeslocável

36 Deslocamentos Verticais Perfilômetros Recalques contínuos ao longo de linha horizontal Aterro desprovido de hastes que limitam trabalhos de execução Instalação de tubo horizontal Se recalques forem muito elevados, tubo pode ficar inoperante Deslocamentos Horizontais Inclinômetro Instalação de tubo metálico ou PVC Ranhuras perpendiculares à direção principal

37 Deslocamentos Horizontais Inclinômetro Instalação de tubo metálico ou PVC Ranhuras perpendiculares à direção principal Medidas de Poropressão Piezômetro Casagrande A Elétrico ou de Corda Vibrante B

38 Medidas de Poropressão Piezômetro Casagrande Elétrico ou de Corda Vibrante Ganho de Resistência Não Drenada da Argila Extensômetros Vane Test

39 Esforços em Reforços com Geossintéticos Depende do tipo de reforço Tração nas Geogrelhas Sensores Células de Carga Instrumentação

40 Instrumentação Instrumentação

41 Instrumentação Justifique o posicionamento