Geoleca Ponte do Boco

Utilizao de Geo Leca na reabilitao de um encontro da Ponte sobre o Rio Boco

Seminrio Geo Leca LNEC 27 de Maio de 2009 1 / 31

UTILIZAO DE GEO LECA NA REABILITAO DE UM ENCONTRO DA PONTE

SOBRE O RIO BOCO

USE OF GEO LECA ON THE REHABILITATION OF A BRIDGE ABUTMENT

OVER RIVER BOCO

Domingos Moreira, GEG, Portugal, [email protected]

Ricardo Leite, GEG, Portugal, [email protected]

Paulo Lopes Pinto, DEC-FCT-Universidade de Coimbra, GEG, Portugal, [email protected]

Raquel Pais, GEG, Portugal, [email protected]

Antnio Campos e Matos, GEG, Portugal, [email protected]

1. Introduo

O presente trabalho refere-se Reabilitao / Reforo do Encontro Poente (E1) da Ponte

Sobre o Rio Boco, na auto-estrada A25, no Lano Pirmides Barra, em Aveiro. Nesta obra

foi utilizada Geo Leca como uma componente fundamental da soluo adoptada.

O encontro poente da Ponte Sobre o Rio Boco, na referida auto-estrada A25, apresentava

assentamentos elevados, da ordem dos vrios decmetros. Foi realizado pelo GEG, a

pedido da AENOR, o projecto para a reabilitao / reforo do mesmo.

Com este objectivo, foi inicialmente definida uma campanha de sondagens, ensaios in-situ e

laboratoriais, de modo a caracterizar os solos de fundao e assim tentar compreender

quais os motivos dos assentamentos e anomalias observados e o seu grau de evoluo,

bem como definir solues para prevenir os problemas da decorrentes.

A primeira fase do estudo consistiu na anlise dos resultados da prospeco efectuada e na

modelao da execuo do aterro existente. Procurou-se estimar os assentamentos por

este induzidos, bem como a sua progresso no tempo. Concluiu-se pela convenincia de

intervir, na medida que parte relevante dos assentamentos totais no teria ainda ocorrido.

As solues indicadas para este tipo de intervenes so essencialmente de dois tipos:

reduo das cargas transmitidas ou reforo do solo de fundao.



Na segunda fase do estudo, em conformidade, foram desenvolvidas duas solues distintas

de reabilitao / reforo para o encontro E1. A primeira consiste no alvio de carga ao nvel

do aterro, com substituio por materiais mais leves, de modo a limitar os assentamentos

totais expectveis para a nova situao a valores muito semelhantes aos j ocorridos. A

segunda soluo proposta consiste no reforo dos solos de fundao sob o macio de terra

armada, materializado por colunas de jet-grout, a executar no interior do macio de

fundao.

A soluo escolhida, por se revelar mais vantajosa do ponto de vista tcnico/econmico,

envolve a utilizao de um aterro de Geo Leca.

O conceito de soluo consiste no aproveitamento da menor massa volmica da Geo Leca

para reduzir as cargas descarregadas na camada consolidvel de fundao. Desta forma, a

maior carga actualmente aplicada funciona como uma pr-carga, dentro da mesma

configurao geomtrica, relativamente situao final de aterro com Geo Leca. Aproveitou-

se portanto a circunstncia feliz de os assentamentos totais para a carga reduzida a longo

prazo serem praticamente idnticos aos j ocorridos com a maior carga aplicada.

Alm do desenvolvimento normal da soluo em relao questo fundamental e

causadora das patologias/avarias estruturais, ou seja, dos assentamentos continuados do

aterro, foi tambm includa a substituio do tramo de margem da ponte. Esta deciso

resulta das condies aqum do desejvel em que se encontra esse tramo de margem e

tambm da simplificao construtiva que permite na execuo do aterro com Geo Leca.

2. Descrio das Estruturas Existentes

A Ponte sobre o Rio Boco localiza-se na actual auto-estrada A25, no lano Pirmides

Barra, em Aveiro, e foi construda h pouco mais de 14 anos, aquando do prolongamento do

IP5 nesse troo.

Trata-se de uma ponte com um tabuleiro em laje vigada, com vigas pr-fabricadas, com

175m de desenvolvimento total e 29,50m de largura. A parte principal do tabuleiro

suportada por 6 pilares centrais e em pilares de transio. A estrutura contnua, entre os

pilares de transio de cada margem. A concepo das extremidades da ponte idntica

da ponte mais antiga, paralela existente. Cada extremidade , no essencial, materializada

por um tramo de margem isosttico, em laje macia, que vence o vo entre os pilares de



transio e o encontro. A parte em beto do encontro reduzida a uma pequena sapata,

suportada por um muro de terra armada. As juntas de dilatao da ponte no se localizam

nos encontros mas sim nos pilares de transio. Esta soluo estruturalmente interessante

porque, de facto, isola o tabuleiro contnuo de assentamentos que possam ocorrer no

encontro. No entanto, a grandeza dos assentamentos foi tal que originou avarias no muro

em terra armada, adiante descritas, alm de causar transtornos circulao e impor

condies de funcionamento severas para as juntas de dilatao.

O tramo de margem junto a E1, pela sua muito menor altura estrutural, permitiu a

implantao de um arruamento inferior (Figura 1).

Figura 1 Aspecto geral do encontro E1

Os vos correntes so de 25,0m. Os pilares so constitudos por elementos de seco

circular, nos apoios no leito do Rio Boco, e por elementos de seco rectangular, nos pilares

de transio, que j se localizam nas margens. As fundaes so do tipo indirecto.

3. Situao Existente

Foi identificada, em 2001, na Ponte Sobre o Rio Boco, a existncia de patologias ao nvel do

tramo de margem poente e do encontro E1. Tais patologias consistem na rotao do tramo

de margem em torno do seu apoio no pilar de transio, em resultado do assentamento do

encontro (Figura 2). Traduzem-se ainda pela deslocao e fissurao das escamas do nvel

superior do muro em terra armada (Figura 3).



No decorrer deste alerta foram criadas medidas de preveno, visando a manuteno

temporria. Paralelamente, foi encetado um processo de observao/monitorizao dos

assentamentos verificados neste encontro.

Figura 2 Rotao nas extremidades do tramo de margem poente e do encontro E1

Figura 3 Deslocao e Fissurao das Escamas de Terra Armada

Os assentamentos iniciaram-se, manifestamente, ainda durante a construo da obra. Um

indcio seguro deste facto o marcado desalinhamento das vigas de bordadura com o

tabuleiro.

4. Diagnstico. Segurana das Estruturas Existentes

A apresentao de uma explicao e diagnstico para o estado de uma estrutura com

avarias no tem como objectivo a satisfao de uma curiosidade, mas sim, e principalmente,

o de basear correctamente as solues de reforo e reabilitao projectadas. Nos pontos

seguintes, procura-se desenvolver uma explicao plausvel para as avarias ocorridas,

embora se admita que alguma da especulao que se torna necessrio tomar, para



encontrar uma relao lgica de causa-efeito, poderia ser tambm usada para outras

variantes de diagnstico. Em resumo, os pontos em que se baseia o presente diagnstico

so:

Assentamento muito significativo (cerca de 0,50m), no alinhamento extremo do tramo

de margem do encontro E1. Este assentamento ter-se- iniciado ainda durante a

construo. Ver Figura 4;

Figura 4 Assentamento no alinhamento extremo do tramo de margem de E1

Depreende-se que parte significativa do assentamento agora observado se deu

durante a construo da obra de arte. Observa-se, na Figura 5, que as vigas de

bordadura parecem ter sido montadas de forma a compensar o assentamento

entretanto ocorrido no encontro;

Figura 5 Desalinhamento da base das vigas de bordadura com o subleito do tramo de margem.

O assentamento prosseguiu aps a concluso da obra. Um indcio claro deste facto,

e das medidas correctivas entretanto tomadas, o desalinhamento das guardas de

segurana com as vigas de bordadura, visvel na Figura 4;

Observa-se destaque e fissurao das escamas superiores do muro em terra

armada. Ver Figura 3;



Em consequncia do assentamento no encontro, a rotao do tramo de margem de

E1 bastante pronunciada. Ver Figura 2 e Figura 6.

Figura 6 Pormenor da rotao nas extremidades do tramo de margem de E1

Pode ento concluir-se que o muro em terra armada do encontro E1 apresenta

assentamentos muito considerveis, tendo uma parte significativa destes ocorrido ainda

durante a construo da obra de arte. O tramo de margem rotulado no pilar de transio,

como se v na Figura 6, e contnuo com a viga de fundao que apoia no macio de terra

armada. A cota da base desta viga bastante inferior da rtula no pilar de transio.

Verificando-se um assentamento do apoio do encontro, a rotao do tramo de margem

produz, em consequncia, um deslocamento horizontal no negligencivel da base da viga

de fundao, no sentido da margem para o rio. , em nossa opinio, esta componente que

motiva e justifica a fissurao importante da parte superior das escamas de topo do muro

em terra armada. Por outro lado, o facto de a linha de fissurao se encontrar acima das

armaduras superiores (tirantes) do muro um indcio favorvel no que diz respeito ao

estado global de segurana deste elemento estrutural.

5. Consideraes Geolgicas e Geotcnicas

5.1. Litologia

A Ponte Sobre o Rio Boco est implantada numa zona dominantemente aluvionar nas

imediaes de Aveiro, caracterizada por aluvies actuais (a). Segundo a carta geolgica



16A Aveiro, esta aluvio repousa sobre os Arenitos e Argilas de Aveiro (C5), de idade

Cretcica. (ver Figura 7).

Figura 7 Extracto da carta geolgica de Portugal escala 1:50 000, Folha 16A - Aveiro, com a localizao aproximada da Ponte.

5.2. Campanha de prospeco

Com o intuito de obter informaes sobre os materiais de fundao do encontro da ponte em

estudo (Encontro Poente, E1), foi proposta e realizada uma campanha de prospeco que

compreendeu um total de 3 sondagens mecnicas, 65 ensaios SPT, recolha de 9 amostras

indeformadas, realizao de 2 ensaios de corte rotativo e de 4 ensaios de penetrao

esttica com medio das presses neutras. Foram ainda realizados 6 ensaios edomtricos.

5.3. Sondagens

De acordo com os diagramas das sondagens, constatou-se que os materiais interceptados

so constitudos por aluvies que se estendem at uma profundidade mdia de 29m, a partir

da qual se encontram as Argilas de Aveiro.



Quadro 1 Sondagens e Ensaios in situ

Sondagem

N

Realizada

Em

Profundidade

(m)

Nvel fretico (m)

SPT (un)

S1 Maio 2006 39.0 4,5 25

S2 Maio 2006 31,5 0,0 19

S3 Maio 2006 31,5 1,8 21

A observao mais detalhada dos diagramas das sondagens revelou que os materiais

aluvionares variam na sua composio, ora mais arenosos, ora mais argilosos. De um modo

geral, so caracterizados por intercalaes de areias finas a mdias, silto-lodosas, com

lodos argilo-siltosos pontualmente com a presena de restos de conchas.

Na Figura 8 encontram-se representados os metros de perfurao nos diferentes materiais.

Constata-se imediatamente a variedade dos mesmos.

Materiais intersectados

4,8

7,4 7,1

2,03,2

1,5

6,5

1,0

3,2

6,0

3,0

13,212,5

14,5

9,5

6,6

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

Metr

os d

e P

erf

ura

o

Aterro/betuminoso/pavimento Areia f ina a mdia, lodosa

Areia f ina silto-lodosa Areia f ina a mdia, lodosa com fragmentos de conchas e seixo pequeno

Areia f ina lodosa Areia f ina a mdia, siltosa

Areia f ina a mdia, siltosa com fragmentos de conchas e seixo pequeno Areia mdia a grosseira argilo-lodosa com fragmentos de conchas

Areia f ina a mdia Areia f ina com lentculas lodosas

Silte lodoso Lodo argilo-siltoso

Lodo argiloso Lodo silto argiloso

Argila siltosa Argilito

Figura 8 Distribuio dos metros de perfurao pelos diferentes materiais interceptados

Apesar das variaes, pode distinguir-se dois tipos de aluvies: uma aluvio com

caractersticas dominantes arenosas e uma outra com caractersticas lodosas. Na Figura 9,

esto representados os metros de perfurao para cada uma dessas aluvies, assim como

para o aterro (que engloba tambm o pavimento e betuminoso), a argila siltosa e os argilitos



do Cretcico. Na mesma figura verifica-se que a aluvio lodosa domina sobre a aluvio

arenosa.

Figura 9 Distribuio dos metros de perfurao pelos principais grupos litolgicos identificados

5.4. Ensaios de Penetrao SPT

Uma primeira anlise geral dos resultados dos ensaios de Penetrao Dinmica

Descontnua (SPT) realizados, revela um domnio de NSPT



Fazendo uma distribuio dos resultados obtidos pelos diferentes materiais interceptados

(ver Figura 11), verifica-se que os valores de NSPT inferiores a 10 pancadas concentram-se

na aluvio lodosa e os valores entre 10-30 pancadas distribuem-se, de modo semelhante,

entre as aluvies lodosa e arenosa.

Os valores de NSPT mais elevados foram obtidos nas argilas siltosas e nos argilitos do

Cretcico.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Aluvio

Lodosa

Aluvio

arenosa

Argila

Siltosa

Argilitos Aterro

Perc

en

tag

em

(%

) NSPT



Consistncia dos materiais argilosos

24,0

12,0

8,0

40,0

12,0

4,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

Perc

en

tag

em

(%

) NSPT 30

Figura 12 Distribuio dos valores de NSPT para os materiais argilosos (total de 25 ensaios).

Atendendo agora aos ensaios realizados nos materiais com composio dominante

arenosa, num total de 26, verifica-se que dominam os solos medianamente compactos (NSPT

entre 10-30), seguidos dos solos arenosos compactos a muito compactos (NSPT entre 30-50)

(ver Figura 13). Os solos arenosos muito soltos a soltos concentram-se mais superfcie,

com excepo de uma camada que foi interceptada nas trs sondagens aproximadamente

cota -15.0m. Esta camada apresenta uma espessura que varia entre 1,5m e 2,5m.

Compacidade dos materiais arenosos

15

12

42

23

8

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Perc

en

tag

em

(%

) NSPT 60

Figura 13 Distribuio dos valores de NSPT para os materiais arenosos (total de 26 ensaios).

A avaliao da distribuio dos ensaios SPT em profundidade representada na Figura 14,

revela uma concentrao de valores NSPT



sondagem S1. As sondagens S2 e S3 tambm apresentam valores de NSPT mais

concentrados entre as 8 e as 20 pancadas e at profundidades da ordem dos 25m.

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

0 10 20 30 40 50 60

NSPT

Pro

fun

did

ad

e

S1

S2

S3

Figura 14 Distribuio dos valores de NSPT em profundidade.

5.5. Ensaios edomtricos e de corte rotativo

Com o intuito de avaliar as caractersticas de deformabilidade dos solos aluvionares

compressveis, realizaram-se 6 ensaios edomtricos. No Quadro 2, apresenta-se os

resultados mais relevantes dos ensaios edomtricos.

Quadro 2 Resumo dos resultados dos ensaios edomtricos

Amostra Provenincia Variao do

ndice de Vazios cv (cm

2/s) Cc / Cr

A368/06 S2 (19,0 - 19,6m) 1,40 - 0,70 0,0017 - 0,0051 0,37 / 0,07

A369/06 S3 (3,9 - 4,2m) 1,52 - 0,66 0,0005 - 0,004 0,33 / 0,097

A370/06 S3 (6,6 - 6,9m) 1,56 - 0,75 0,012 - 0,014 0,37 / 0,18

A371/06 S3 (14,0 - 14,6m) 1,64 - 0,91 0,007 - 0,01 0,65 / 0,15

A397/06 S1 (8,0 - 8,3m) 1,67 - 0,91 0,0023 - 0,019 0,60 / 0,23

A398/06 S1 (9,0 - 9,3m) 1,58 - 0,86 0,0022 - 0,0070 0,60 / 0,13

cv o coeficiente de consolidao;

Cc o ndice de compressibilidade;

Cr o ndice de recompressibilidade.



Relativamente aos ensaios de corte rotativo, foram realizados apenas dois ensaios na

unidade lodosa muito mole. Obteve-se resistncias de pico entre 18 e 50 kPa e resistncias

residuais entre 8 e 20kPa.

5.6. Modelo Geolgico-Geotcnico

Com base nas sondagens realizadas, foi efectuado um perfil litoestratigrfico e um

zonamento do macio em profundidade. As camadas atravessadas foram agrupadas em

cinco zonas geolgico-geotcnicas principais, tendo como base a caracterizao

macroscpica da amostragem e os resultados dos ensaios SPT e CPTU (ver Figura 15,

Figura 16 e Figura 17).

Figura 15 Planta de localizao da prospeco

De modo simplificado, o modelo Geolgico-Geotcnico adoptado para este estudo tem

obviamente por base a caracterizao geolgica-geotcnica, resultado da prospeco

realizada, e consiste no seguinte:



Quadro 3 Modelo geolgico adoptado

Cota Espessura

(m) Tipo de solo

(kN/m3)

sat (kN/m3)

E's (MPa)

Eu (MPa)

D (MPa)

+1 a -2 3,0 Areia 17 19 20 0,30 27

-2 a -5 3,0 Lodo argiloso 14 15 2,5 0,49 43

-5 a -12 7,0 Areia lodosa 17 19 80 0,30 54

-12 a -14 2,0 Lodo argiloso 16 18 10 0,49 171

-14 a -17 3,0 Areia 17 19 40 0,30 27

-17 a -27 10,0 Lodo argiloso 16 18 2,5 0,49 43

-27 a -29 2,0 Argila siltosa 17 19 20 0,49 342

< -29 Argilito 17 19 80 0,49 1369

Es o mdulo de deformabilidade drenado secante;

Eu o mdulo de deformabilidade no-drenado;

o coeficiente de Poisson;

D o mdulo edomtrico ou confinado.



Figura 16 Perfil litoestratigrfico



Figura 17 Zonamento geolgico-geotcnico



6. Estimativa dos Assentamentos

Considerou-se que o aterro constitudo por aproximadamente 7,5 m de solo com baridade

igual a =18 kN/m3. O acrscimo de tenso vertical ser igual a v=7,5*18=135 kN/m2.

A estimativa dos assentamentos foi inicialmente elaborada admitindo, simplificadamente,

uma anlise unidimensional. Dado que o aterro tem uma largura aproximada de 30 m e o

argilito se encontra a cerca de 30 m de profundidade, a aproximao ser vlida para pontos

sob o centro do aterro, que tendero a apresentar os assentamentos mais elevados.

6.1.1. Assentamentos imediatos

A largura do aterro de cerca de 30 m, pelo que os assentamentos provocados no centro

do aterro sero prximos dos assentamentos confinados:

i

i

v

i HD

h =6,1 cm

6.1.2. Assentamentos por consolidao primria

Os assentamentos por consolidao primria foram calculados admitindo que as camadas

de lodo argiloso se encontram normalmente consolidadas. Assim, com base nos resultados

dos ensaios edomtricos, o clculo dos assentamentos por consolidao primria est

presente no Quadro 4 e, para cada camada, so iguais a:

'

0

'

0

log1

v

vf

ccp Ce

Hh



Quadro 4 Clculo dos assentamentos por consolidao primria

Cota H (m) Tipo de solo

(kN/m3)sat

(kN/m3)e0 Cc

'v0 (kPa)

'v (kPa)

'vf (kPa)

hcp (cm)

+1 a -2 3,0 Areia 17 19 13,5 134,9 148,4

-2 a -5 3,0 Lodo argiloso 14 15 1,520 0,33 34,5 133,6 168,1 27,0

-5 a -12 7,0 Areia lodosa 17 19 73,5 125,2 198,7

-12 a -14 2,0 Lodo argiloso 17 18 1,640 0,65 113,0 113,0 226,0 14,8

-14 a -17 3,0 Areia 18 19 134,5 105,6 240,1

-17 a -27 10,0 Lodo argiloso 17 18 1,400 0,37 188,0 87,7 275,7 25,6

-27 a -29 2,0 Argila siltosa 18 19 237,0 73,9 310,9

< -29 Argilito 21 22

hcp (cm) = 67,5

6.1.2.1. Tempo necessrio para terminar a consolidao primria

O tempo necessrio para que 90% da consolidao primria ocorra igual a:

vv c

H

c

HTt

2

0

2

0 848,0

onde H0 a maior distncia que a gua tem que percorrer para abandonar o estrato. No

caso presente, as duas primeiras camadas so duplamente drenadas e a terceira

simplesmente drenada.

Quadro 5 Clculo do tempo de consolidao

Cota Espessura

(m) Tipo de solo

cv (cm

2/s)

H0 (m)

cv (m

2/ano)

t90 (anos)

+1 a -2 3,0 Areia

-2 a -5 3,0 Lodo argiloso 0,002 1,5 6,307 0,3

-5 a -12 7,0 Areia lodosa

-12 a -14 2,0 Lodo argiloso 0,0097 1,0 30,590 0,0

-14 a -17 3,0 Areia

-17 a -27 10,0 Lodo argiloso 0,0043 10,0 13,560 6,3

-27 a -29 2,0 Argila siltosa

< -29 Argilito



No Quadro 5, possvel verificar que as duas camadas superiores terminam o processo de

consolidao primria muito rapidamente. J a camada mais profunda necessita de cerca de

6,3 anos para que o grau de consolidao mdio seja de 90%.

Como a obra de arte ter sido construda em 1995, decorreram, at elaborao do

diagnstico e do Estudo Prvio, cerca de 11 anos, pelo que o factor tempo, T, para a

camada de lodo mais profunda ser igual a:

492,110

1156,1322

0H

tcT v

Portanto, o grau de consolidao mdio, ZU para este factor de tempo superior a 95%.

Neste ponto ser importante referir que as expresses utilizadas foram desenvolvidas para

consolidao unidimensional e coeficiente de compressibilidade volumtrica independente

da tenso efectiva, o que manifestamente no o caso. Os resultados permitem no entanto

enquadrar a anlise numrica por elementos finitos, que ser apresentada no ponto 6.2.

6.1.3. Assentamentos por consolidao secundria

Os assentamentos por consolidao secundria podem ser determinados atravs do

respectivo coeficiente de consolidao, C .

1

1 log't

tCHhcs

Sendo t1 o tempo correspondente ao fim da consolidao primria (dependendo da

representao utilizada poder ser igual a t100, quando obtida no grfico e-log(t), ou a t90 para o

grfico e-(t)0.5), e t o momento para o qual se calcula o assentamento.

Para o ensaio A368/06, pode obter-se o valor de C =0,0066. Trata-se de um valor

classificado como mdio. Existem registos de valores de C =0,01 para aluvies orgnicas

tpicas do litoral portugus. ento possvel estimar que para a camada inferior os

assentamentos ocorridos at hoje so iguais a:

cmmhcs 4,2024,03,6

11log01,010

No horizonte de 50 anos, os valores para esta camada sero iguais a:



cmmhcs 0,9090,03,6

50log01,010

O valor encontrado corresponde a 6,6 cm de acrscimo relativamente aos assentamentos

verificados at agora. Haver ainda a contabilizar os assentamentos por consolidao

secundria das camadas superiores, que no entanto se estima que sejam pequenos.

6.2. Anlise Numrica

O problema em questo foi tambm estudado atravs de uma anlise numrica, com

recurso ao mtodo dos elementos finitos. Para tal foi utilizado o programa de clculo Plaxis

V.8, o qual permite a considerao da consolidao na anlise.

O modelo de clculo adoptado est apresentado na Figura 18. Foi considerado estado plano

de deformao e tirou-se partido da simetria do problema, pelo que a malha representa

apenas metade do domnio. Admitiu-se o zonamento geotcnico apresentado na figura.

Para o aterro de terra armada foi admitido um comportamento linear-elstico. Para as

camadas do material mais deformvel foi considerado o modelo de Cam-Clay (Soft-soil a

designao adoptada no Plaxis). Para os restantes materiais adoptou-se o modelo de Mohr-

Coulomb.

Os parmetros utilizados neste estudo resultaram da prospeco Geolgico-Geotcnica

realizada e esto apresentados nos Quadro 6, Quadro 7 e Quadro 8.

Quadro 6 Materiais linear-elsticos

Nome Tipo

(kN/m3)

sat

(kN/m3)

k_x

(m/dia)

k_y

(m/dia)

E

(kN/m2)

Aterro Drenado 18 18 1 1 0.30 30 000

Quadro 7 Materiais com modelo Mohr-Coulomb

Nome Tipo

(kN/m3)

sat

(kN/m3)

k_x

(m/dia)

k_y

(m/dia)

E

(kN/m2)

c

(kPa)

'

()

()

G2B Drenado 17 19 1.0E-01 1.0E-01 0.30 20 000 1 32 0

G4 Drenado 17 19 1.0E-01 1.0E-01 0.30 80 000 1 35 0

G3C Drenado 18 19 1.0E-01 1.0E-01 0.30 40 000 1 35 0

G3B N drenado 18 19 4.0E-05 4.0E-05 0.32 40 000 100 0 0

G5 N drenado 21 22 4.0E-05 4.0E-05 0.30 80 000 200 0 0



Quadro 8 Materiais com modelo Cam-Clay

Nome Tipo

(kN/m3)

sat

(kN/m3)

k_x

(m/dia)

k_y

(m/dia) * *

c

(kPa)

'

()

()

G1A Drenado 14 15 8.0E-05 8.0E-05 0.0569 0.0335 1 25 0

G3A Drenado 17 18 1.5E-04 1.5E-04 0.0670 0.0250 1 25 0

Nome

n_ur

[ - ]

K0 nc

[ - ]

M

[ - ]

G1A 0.15 0.58 1.114904

G3A 0.15 0.58 1.266478

O coeficiente de permeabilidade dos materiais arenosos foi admitido igual a k = 1,2E-6 m/s, o

qual foi considerado um valor razovel para este tipo de solo. A permeabilidade dos lodos e

argilas foi determinado a partir dos resultados dos ensaios edomtricos, de acordo com a

seguinte expresso:

wvv

wv

v mckm

kc

Foram ainda adoptados os valores representativos do valor mdio de tenso efectiva vertical

de cada camada.

Figura 18 Modelo utilizado para o estudo

G2B

G1A

G3A

G3A

G4

G3C

G3B

G5



O faseamento construtivo considerado na modelao foi o seguinte:

Quadro 9 Faseamento construtivo

Fase Descrio

0 Tenses iniciais (K0)

1 Construo do aterro at 3,5 m de altura

2 Pausa de 30 dias


4 Consolidao at que o excesso de presso intersticial seja inferior a 1 kPa

Os resultados obtidos apresentam um assentamento mximo de cerca de 70 cm, sendo

necessrio pouco mais de 6 anos para se obter 90% deste valor. Estes valores encontram-

se perfeitamente enquadrados pelos resultados do clculo analtico e corroborados pela

realidade.

No presente, 11 anos aps a construo do aterro, o assentamento obtido de 67 cm, o

que corresponde a 95% do assentamento mximo calculado.

Ponte do Boco

-0.800

-0.700

-0.600

-0.500

-0.400

-0.300

-0.200

-0.100

0.000

0 5 10 15 20 25 30 35

Tempo (anos)

Assenta

mento

(m

)

Figura 19 Evoluo do assentamento sob o ponto mdio do aterro

Nas figuras seguintes apresenta-se a evoluo dos deslocamentos e do excesso da presso

intersticial para diversas fases de clculo consideradas.

Actualidade



Figura 20 Deslocamentos imediatamente aps a concluso do aterro

Figura 21 Deslocamentos aps 11 anos



Figura 22 Excesso de presso intersticial imediatamente aps a concluso do aterro

Figura 23 Excesso de presso intersticial imediatamente aps 11 anos

A evoluo das presses intersticiais particularmente elucidativa das camadas que

condicionam o comportamento do macio. A camada mais superficial (G1A) e a mais

profunda (G3A) apresentam acrscimos significativos de presso intersticial logo aps a



construo do aterro. Devido menor espessura e, consequentemente, ao menor caminho

de drenagem, a primeira dissipa este excesso mais rapidamente do que a mais profunda.

Aps 11 anos, o excesso de presso calculado ainda superior a 8 kPa, o que est a

causar, de acordo com esta modelao, ainda assentamentos por consolidao primria.

De acordo com o representado tambm no grfico da evoluo dos assentamentos (Figura

19), a consolidao dos solos demorar aproximadamente 30 anos, at que o excesso das

presses intersticiais seja inferior a 1 kPa.

Das vrias solues possveis, a soluo prevista para limitar os assentamentos a reduo

do peso do aterro, atravs da sua substituio parcial com materiais leves (aterro leve). Com

o intuito de estudar a viabilidade e o impacto deste tipo de soluo, foi realizada uma anlise

adicional, com o seguinte faseamento:

Quadro 10 Faseamento construtivo com substituio por aterro leve

Fase Descrio

0 Tenses iniciais (K0)


2 Pausa de 30 dias


4 Consolidao durante 11 anos

5 Substituio por aterro leve, com reduo de 24 kN/m2

6 Consolidao at que o excesso de presso intersticial seja inferior a 1 kPa

Os resultados mostram uma recuperao de cerca de 5 cm, devido reduo da carga,

bem como uma reduo do tempo necessrio para que o excesso de presso intersticial

seja inferior a 1 kPa. O empolamento calculado dever ser superior ao que se ir verificar no

local, uma vez que o mdulo de descarga dos materiais estudados com atravs do modelo

de Mohr-Coulomb ser inferior ao real (neste modelo o mdulo de descarga igual ao de

carga). No entanto, o benefcio desta soluo o de reduzir o tempo necessrio para o fim

da consolidao primria. Na prtica, a soluo funciona como uma pr-carga, durante 11

anos, seguida de uma reduo da tenso introduzida no macio.



Ponte do Boco

-0.800

-0.700

-0.600

-0.500

-0.400

-0.300

-0.200

-0.100

0.000

0 5 10 15 20 25 30 35

Tempo (anos)A

ssenta

mento

(m

)

Aterro existente

Com Aterro Leve

Figura 24 Evoluo do assentamento sob o ponto mdio do aterro, com e sem aterro leve

Figura 25 Deslocamentos aps 21 anos (com aterro leve)



Figura 26 Excesso de presso intersticial imediatamente aps 21 anos (com aterro leve)

6.3. Concluses

Face aos dados disponveis e aos resultados das anlises efectuadas possvel concluir

que a consolidao primria dos terrenos subjacentes ao encontro dever encontrar-se na

sua fase final. No entanto, o grau de preciso da estimativa dos parmetros necessrios

para os clculos deixa em aberto a hiptese de ainda estarem por ocorrer alguns

assentamentos, embora certamente muito inferiores aos constatados at data. Em

ambiente geotcnico, e tratando-se de parmetros convencionados com um determinado

protocolo de avaliao, inevitvel alguma impreciso na sua determinao, at porque os

valores variaro certamente de ponto para ponto. Podero estar ainda a ocorrer

assentamentos por consolidao secundria.

No que se refere modelao da soluo prevista, com a substituio parcial do aterro por

materiais leves, resulta o empolamento do terreno devido ao alvio da carga, havendo no

s uma recuperao do assentamento mas principalmente a reduo do tempo necessrio

para o alvio das presses intersticiais. Esta soluo tem como principal vantagem o facto de

utilizar o aterro actual como uma pr-carga efectiva durante 11 anos, e que agora, ao ser

aliviada, estabilizar os assentamentos e o processo de consolidao.



7. Soluo de Reabilitao Adoptada

7.1. Aterro Leve

Nesta soluo, prope-se que seja efectuado um alvio da carga transmitida ao macio de

fundao. Esta soluo permite desagravar o estado de tenso no macio, transitando as

camadas argilosas de um estado de consolidao normal para um estado de

sobreconsolidao, como se o actual aterro tivesse funcionado como uma pr-carga.

O alvio da carga materializado pela substituio, na camada superior, de material de

aterro por um material tipo Geo Leca.

A Geo Leca uma argila expandida, com partculas de forma aproximadamente esfrica.

Possui uma baridade mais baixa do que os materiais de enchimento naturais, o que,

acessoriamente, ir reduzir os impulsos nas estruturas existentes.

Quadro 11 Propriedades Requeridas para Aceitao do Produto

Preconiza-se assim que sejam substitudos os materiais correspondentes a uma espessura

de aterro entre 2,0m e 2,5m. Adoptando, de modo conservativo, uma altura de substituio

de 2.0m, resulta um decrscimo de carga de aproximadamente (18 kN/m x 2,0m 3 kN/m

x 2,0m) = 30 kN/m, correspondente a uma reduo de carga transmitida pelo aterro, ao

nvel da fundao, superior a 20%.

A substituio ser efectuada numa extenso de 10,0m a partir do eixo da fundao do

tramo de margem. Este desenvolvimento corresponde a cerca de 1,5 vezes a altura do

macio de terra armada. Sero colocadas geogrelhas de reforo e um geotxtil de

separao nas interfaces da camada de material leve com as restantes camadas, de forma

a evitar a penetrao destes materiais no interior da Geo Leca. Sobre esta camada ser

Granulometria 10,0 20,0 mm

(11 95) (% massa passado acumulado)

Massa volmica aparente seca (Baridade)

275 15 kg/ m3

Massa volmica seca da partcula 480 kg/ m3

Percentagem de partidos 26 9 % massa

Resistncia ao esmagamento 0,70 N/mm2

Absoro de gua



colocado aterro compactado e as diversas camadas de pavimento, com uma espessura total

de, aproximadamente, 0,70m.

A substituio dos solos do aterro implica que sejam desmontadas as camadas superiores

do muro de terra armada, incluindo as escamas danificadas. De forma a criar melhores

condies de segurana relativamente ao apoio do tramo de margem, prev-se a sua

substituio por uma pea semelhante mas com uma extenso ligeiramente superior. Desta

forma, consegue-se melhorar a estabilidade do paramento do muro de terra armada e

reduzir os impulsos mximos na base do macio de terra armada, uma vez que se efectua

uma melhor distribuio de cargas.

7.2. Tramo de margem

Conforme foi referido anteriormente, e de forma a criar melhores condies de segurana,

relativamente ao apoio do tramo de margem, prev-se a substituio da laje existente.

7.2.1. Soluo estrutural

O tabuleiro do tramo de margem da ponte sobre o Rio Boco uma estrutura sem

continuidade com a que vence os restantes vos.

O seu comportamento assimilvel a uma laje de transio, j que tem um apoio rgido,

rotulado, no pilar de transio (P1) e um apoio flexvel no macio em terra armada que

materializa o encontro.

O tabuleiro constitudo por uma laje em beto armado, com uma espessura constante de

0,50m, apoiado, em toda a extenso, numa sapata contnua com seco em T invertido. A

parte vertical do T pode ser descrita como uma parede. Tem por objectivo vencer o desnvel

entre o tabuleiro e a fundao. Do lado do rio, optou-se por manter a soluo de articulao

em beto, de modo a no introduzir momentos flectores na cabea do pilar de transio da

ponte sobre o Rio Boco. Desta forma, mantm-se o conceito estrutural que conduziu ao

dimensionamento dessa pea, no introduzindo esforos adicionais de outra natureza.

O novo tabuleiro dividido em duas partes desiguais, pelo separador. Cada uma delas

suporta uma das faixas de rodagem principais, apresentando assim larguras de 13.8m e

15.65m. O separador central, tipo New-Jersey, colocado sobre o tabuleiro mais estreito. A

junta entre tabuleiros de 0,02m e pretende-se, ao apoiar o perfil rgido apenas num

tabuleiro, garantir a sua estabilidade que, assim, no afectada por deformaes

diferenciais, correntes para diferentes situaes de carga.



Para os passeios, cuja geometria igualmente mantida, preconiza-se o enchimento com

beto de agregados leves ( =9kN/m3). Esta soluo de todo conveniente, dado que os

lancis tm 0,30m de altura e as inclinaes transversais do tabuleiro (beto) e do passeio

tendem a agravar este valor junto viga de bordadura. O pavimento dos passeios ser

materializado por betonilha esquartelada, com 0,03m de espessura.

8. Faseamento Construtivo

O faseamento construtivo o usual para este tipo de obras e intervenes, considerando

essencialmente o seguinte processo de trabalhos principais: demolio, escavao, aterro e

execuo da estrutura. No podemos, no entanto, negligenciar o facto da especificidade da

obra, no que se refere ao local de interveno. Estando localizada numa auto-estrada em

servio, A25, devem ser cuidadosamente analisados os trabalhos de desvios de trnsito e

sinalizao de modo a minimizar a interferncia com o trfego e a maximizar a segurana

durante a execuo. Assim, o processo construtivo pode resumir-se a:

1. Colocao da sinalizao e separadores. Desvio do trnsito da primeira zona

em interveno;

2. Separao, por corte ao longo do eixo, do tramo de margem;

3. Demolio ou desmontagem da parte que fica na primeira zona a

intervencionar;

4. Realizao das sondagens necessrias para averiguao do estado de

conservao dos tirantes do muro de terra armada e, caso necessrio

proceder substituio integral do muro existente na zona em reabilitao;

5. Escavao, ao abrigo de uma conteno provisria, do aterro que ir ser

substitudo por material leve e da parte superior do muro ou de todo o muro

se estiver em ms condies de segurana;

6. Execuo de um prisma de solos seleccionados, com 0.50m de altura, na

zona de fundao do novo tramo de margem e dos muros laterais

associados. Execuo da sapata e do muro. Montagem do cimbre, cofragem

e armaduras. Betonagem do tramo de margem;



7. Colocao do aterro leve, de acordo com as especificaes tcnicas

respectivas, na rea escavada at as cotas pretendidas;

8. Execuo, sobre o material de aterro leve, do solo compactado e das

restantes camada de pavimento at as cotas finais;

9. Basculamento do trnsito para a zona reabilitada, com a consequente

alterao da sinalizao e separadores;

10. Execuo das tarefas 3 a 8 na segunda zona a intervencionar;

11. Arranjos finais, restabelecimento das infra-estruturas desviadas e reposio

das condies iniciais de circulao.

9. Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer AENOR e ao E.P. Estradas de Portugal o empenho no

acompanhamento e aceitao deste estudo, com o qual contriburam para o

desenvolvimento da concepo de uma soluo arrojada mas que se espera de elevado

desempenho.

Geoleca Ponte do Boco

Documents

Transcript of Geoleca Ponte do Boco