Propriedades Geotécnicas das Argilas Moles da Estrada de Transporte de Equipamentos Pesados do COMPERJ Rubenei Novais Souza Petróleo Brasileiro S.A., Rio de Janeiro, Brasil, rubenei@petrobras.com.br Tales Cerqueira Pinto Petróleo Brasileiro S.A., Rio de Janeiro, Brasil, talescp@petrobras.com.br Giana Laport Alves de Souza Telsan Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, laport.telsan@petrobras.com.br Andreia dos Santos Soares Consultora, Rio de Janeiro, Brasil, andreiasoares.nucleo@petrobras.com.br Eduardo Arreguy Viana Petróleo Brasileiro S.A., Rio de Janeiro, Brasil, eduardo.arreguy@petrobras.com.br RESUMO: Este trabalho apresenta sucintamente os resultados da investigação geotécnia realizada na camada de argila muito mole existente na área de implantação da Estrada de Transporte de Equipamentos Pesados do COMPERJ, no trecho do município de São Gonçalo. São apresentadas comparações do perfil de resistência não drenada e dos parâmetros de compressibilidade dessa argila com os dados conhecidos de outras argilas moles da região metropolitana do Rio de Janeiro. Apresenta-se também o resultado da retroanálise da ruptura da fundação do aterro em trecho localizado da estrada, na fase inicial da obra, a qual permitiu confirmar o fator de correção a ser aplicado à resistência não drenada obtida através de ensaios de palheta, visando susidiar as análises de estabilidade dos aterros. PALAVRAS-CHAVE: Propriedades Geotécnicas, Argilas Moles, Aterros Sobre Solos Moles. 1 INTRODUÇÃO A montagem do Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro, localizado no municipio de Itaboraí, envolverá equipamentos de processamento de petróleo de grande porte, cujo transporte a partir do Porto do Rio de Janeiro, utilizando acessos rodoviários existentes, se mostrou inviável. Como alternativa, foi adotada uma estratégia de transporte maritimo pela Baia de Guanabara até a Praia da Beira no municipio de São Gonçalo, a partir qual o transporte será terrestre através de uma estrada construída para este fim. O traçado da referida estrada, desde a Praia da Beira, no municipio de São Gonçalo, até o COMPERJ, no municipio de Itaboraí, atravessa alguns trechos de ocorrência de argilas muito moles a moles, principalmente nos trechos de travessia de cursos d água. Devido à necessidade da execução de aterro e, principalmente, à elevada carga aplicada pelos veículos especiais de transporte dos equipamentos pesados, a transposição desses trechos de solos moles demandou uma intensa investigação geotécnica e adoção de diferentes soluções construtivas: remoção e substituição do solo mole, utilização de geossintéticos e reforço com colunas de brita e de solo-cimento tipo deep mix. A estrada está atualmente em fase de construção, de modo que uma retroanálise do comportamento previsto, tendo como base a verificação do seu desempenho através da
interpretação da instrumentação prevista, será objeto de um trabalho futuro. Neste etapa, o objetivo do presente trabalho é compartilhar a análise da investigação geotécnica realizada, visando complementar conjunto de dados disponíveis sobre os depósitos de solos moles na região metropolitana do Rio de Janeiro. Inicialmente, para posterior comparação dos resultados, é apresentada uma breve revisão bibliográfica mostrando resultados de algumas pesquisas conhecidas sobre parâmetros geotécnicos da argila muito mole do depósito de Sarapuí, também localizado na região metropolitana do Rio de Janeiro. Figura 1: Características geotécnicas da argila mole do depósito de Sarapuí. Dados de diversos autores coletados por Almeida et al (2005). 2. PARÂMETROS GEOTÉCNICOS DA ARGILA MUITO MOLE DO DEPÓSITO DE SARAPUÍ As argilas moles que ocorrem na região metropolitana do Rio de Janeiro são predominantemente de origem fluvio-marinha do período Quaternario, com presença significativa de matéria orgânica. A partir da década de 1970 diveros trabalhos foram publicados relatando estudos do comportamento dessas argilas, baseados em pesquisas acadêmicas utilizando aterros experimentais executados no depósito de Sarapuí ou retroanálises de casos de obras. Entre os trabalhos mais relevantes em termos de apresentação de parâmetros de resistência e compressibilidade desses materiais, podem ser citados os realizados por Coutinho (1976), Sayão (1980), Ortigão e Collet (1986), Oliveira (1989), Almeida (1996), Spotti (2000), Formigheri (2003), Almeida et al (2005) e Jannuzzi (2009). As Figuras 1, 2 e 3 apresentam valores de parâmetros de resistência e compressibilidade da argila muito mole do depósito de Sarapuí, localizado na região metropolitana do Rio de Janeiro, os quais usualmente são tomados como referência para estudos iniciais de projetos de aterros sobre solos moles na região. Figura 2: Perfis de tensões e parâmetros de compressibilidade da argila mole do depósito de Sarapuí. Dados de diversos autores coletados por Almeida et al (2005). Figura 3: Resistência não drenada através de diversos tipos de ensaios. Dados de diversos autores coletados por Almeida et al (2005).
3. INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA REALIZADA A investigação geotécnica realizada para subsidiar o projeto da estrada contemplou sondagens a percussão de simples reconhecimento dos solos, ensaios de piezocone (CPTU), ensaios de palheta (Vane Test), coletas de amostras indeformadas tipo Shelby e ensaios de laboratório de caracterização, adensamento e triaxiais. As sondagens a percussão foram realizadas regularmente espaçadas nos trechos de ocorrência de argila mole e os demais ensaios de campo e coletas de amostras foram realizados em ilhas de investigação, próximas de sondagens a percussão, em geral junto às travessias sobre cursos d água. Os resultados da investigação geotécnica considerados relevantes para o propósito deste trabalho estão resumidos nas Figuras 5 a 12. A Figura 4 apresenta a curva de compressibilidade de uma amostra indeformada coletada na ilha EEC-05. Como pode ser observado, a tensão de pré-adensamento da argila muito mole local aos cerca de 5m de profundidade é da ordem de 30 kpa e o índice de compressão é cerca de 1,7, valores razoavelmente próximos dos medidos no depósito de Sarapuí. pressão significativa. A Figura 6 apresenta, para o mesmo trecho, o perfil do subsolo em termos de sondagens a percussão e de resistência não drenada medida através do ensaio de palheta (Vane Test). Como pode ser observado, o perfil de resistência não drendada medida através do ensaio de palheta parece incompatível com o perfil de qt, o que implicou na necessidade de realização de novos ensaios de palheta para confirmação do perfil de resistência não drenada do subsolo local. Figura 5: Ensaio de piezocone CPTU ILHA EE-15, estaca aproximada E-868. Figura 6: Perfil do subsolo próximo à estaca E-868. Figura 4: Ensaio de adensamento. Amostra EEC-05, profundidade de 5,00m a 5,66m. A Figura 5 apresenta os resultados do ensaio de piezocone CPTU ILHA EE15, realizado nas proximidades da estaca E-868. Como pode ser observado, entre 5m e 15m de profundidade, ocorre uma camada de argila muito mole, apresentado valores de resistencia de ponta do cone, qt, muito baixos e geração de poro A Figura 7 apresenta o perfil do subsolo em termos de sondagens a percussão na região da estaca E-353, onde ocorre uma camada de argila muito mole até cerca de 3m de espessura. As Figuras 8 e 9 apresentam perfis de resistência não drenada, Su, medida através de dois ensaios de palheta realizados nas proximidades. Como pode ser observado, o valor da resistência não drenada da referida camada de argila mole, medida através do ensaio de palheta, é cerca de 10 kpa constante com a profundiade.
toda a obra, como discutido mais adiante neste trabalho. Figura 7: Perfil do subsolo na região da estaca E-353. Figura 10: Ruptura da fundação do aterro no trecho entre as estacas E-353 e E-359, na fase incial da obra. Figura 8: Ensaio de palheta VT-14, estaca E-346. As Figuras 11, 12 e 13 apresentam resultados de ensaios de palheta em outros trechos da estrada. Como pode ser observado, os resultados dos ensaios indicam, de maneira geral, que nos 6m iniciais da camada mole não há uma tendência de crescimento da resistência não drenada com a profundidade. Uma exceção à esta constatação geral foi observada nos resultados do ensaio de palheta VT-18, realizado nas proximidades da estaca E-506, à margem do Rio Guaxindiba, onde se verifica um crecimento da resistência não drenada com a profundidade, cerca de 1,2 kpa por metro, desde a superfície. Figura 9: Ensaio de palheta VT -15, estaca E-351. No trecho entre as estacas E-353 e E-359, durante a fase inicial da obra, tendo aplicado sobre a argila mole existente um colchão de areia com cerca de 50cm de espessura, e sobre este um aterro argilo-arenoso com cerca de 2,00m de altura, houve ruptura da fundação do aterro, conforme pode ser observado na Figura 10. Esta ocorrência possibilitou, através da retroanalise da ruptura, verificar a correção necessária na resistência não drenada medida através dos ensaios de palheta para fins de análise de estabilidade dos aterros ao longo de Figura 11: Ensaio de palheta VT-13, estaca E-290, Rio Alcântara.
do aterro em um trecho da estrada na fase incial da obra, foi possível realizar uma retroanálise da ruptura e comparar a resistência não drenada real da camada de argila mole com aquela medida no ensaio de palheta, de modo a verificar a respectiva correção a ser aplicada. A Figura 14 apresenta o resultado da retroanálise, mostrando que o fator de correção a ser aplicado à resistência não drenada medida no ensaio de palheta é cerca de 0,7, confirmando razoavelmente a proposta de Bjerrum (1973). Figura 12: Ensaio de palheta VT-16, estaca E-493, Rio Guaxindiba. Name: Pavimento Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 18 kn/m³ Cohesion: 10 kpa Phi: 30 Name: Argila Mole Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 15 kn/m³ Cohesion: 7 kpa Piezometric Line: 1 Name: CAMADA DRENAN TE Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 17 kn/m³ Cohesion: 0 kpa Phi: 35 Name: SOLO RESIDU AL Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 19 kn/m³ Cohesion: 20 kpa Phi: 25 1.016 Elevation 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Distance Su = 7 kpa, h=2,5m Figura 14: Retroanálise da ruptura ocorrida na região da estaca E-353. 4 CONCLUSÕES Figura 13: Ensaio de palheta VT-18, estaca E-506. 3. COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS DA INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA REALIZADA COM OS DADOS CONHECIDOS DAS ARGILAS MOLES DO RIO DE JANEIRO Os resultados da investigação geotécnica realizada indicam que, relativamente às argilas moles de comportamento mais conhecido na região metropolitana do Rio de Janeiro, como a que ocorre no depósito de Sarapuí, as argilas moles existentes na região de São Gonçalo apresentam predominantemente, nos primeiros 6m de profundidade, resistência não drenada ligeiramente superior e constante com a profundidade, cerca de 10 kpa a 15 kpa. Os parâmetros de compressibilidade e o histórico de tensões, por outro lado, são praticamente os mesmos. Em função da ruptura ocorrida na fundação Esta trabalho apresentou sucintamente os principais resultados da investigação geotécnica realizada nas argilas muito moles encontradas na área de implantação da estrada de acesso de veículos especiais de transporte de equipamentos pesados para a montagem do Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro. Com base nesses resultados constatou-se que, relativamente ao comportamento das argilas moles mais conhecidas da região metropolitana do Rio de Janeiro, como a que ocorre no depósito de Sarapuí, as argilas encontradas no referido empreendimento apresentam perfil de resistência não drenada razoavelmente diferente, cerca de 10 a 15 kpa, constante, nos primeiros 6m de profundidade. Os parãmetros de copressibilidade e o histórico de tensãoes, por outro lado, são praticamente os mesmos. A retroanálise da ruptura localizada da fundação do aterro em um trecho da estrada, na fase inicial da obra, mostrou que o fator de correção a ser aplicado à resistência não drenada da argila obtida através de ensaios de palheta, para fins de análise de estabilidade dos
aterros é cerca de 0,8. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Petrobras pelo constante apoio à geração e disseminação do conhecimento. REFERÊNCIAS Almeida, M.S.S. (1996). Aterros Sobre Solos Moles Da Concepção à Avaliação de Desempenho. Editora UFRJ, Rio de Janeiro. Almeida, M.S.S., Marques, E.S., Lacerda, W.A., Futai, M.M. (2005). Investigações de Campo e de Laboratório na Argila do Sarapuí. Solos e Rochas, Vol. 28, No. 1, p. 3-20. Bressani, L.A. (1983). Contribuição aos Estudos de Tensão-Deformação-Resistência da Argila de Sarapuí. Dissertação de Mestrado, UFRS, Porto Alegre. Coutinho, R.Q. (1976). Características de Adensamento com Drenagem Radial de uma Argila Mole da Baixada Fluminense. Dissertação de Mestrado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro. Formigheri, L.E. (2003). Comportamento de um aterro sobre Argila Mole da Baixada Fluminense. Dissertação de Mestrado, PUC-RJ, Rio de Janeiro. Jannuzzi, G.M.F. (2009). Caracterização do depósito de solo mole de Sarapuí II através de ensaios de campo. Dissertação de Mestrado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro. Lunne, T., T. Berre and S. Strandvik (1997) Sample Disturbance Effects in Soft Low Plastic Norwegian Clay. Conference on Recent Developments in soil and Pavement Mechanics, Rio de Janeiro. Ortigão, J.A.R. e Collet, H.B. (1986). A eliminação de erros de atrito em ensaios de palheta. Solos e Rochas, Vol. 9, No. 2, p. 33-45. Sayão, A.S.F.J. (1980). Ensaios de Laboratório na Argila Mole da Escavação Experimental de Sarapuí. Dissertação de Mestrado, PUC-RJ, Rio de Janeiro.