comportamento de plataformas de transferência de carga ... · dissertação para obtenção do...
TRANSCRIPT
i
Comportamento de Plataformas de Transferência de Carga
Sobre Colunas de Jet Grouting e Painéis de Cutter Soil
Mixing
Maria Barbedo Marques Caldeirinha Roma
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Orientador: Professor Alexandre da Luz Pinto
Jurí:
Presidente: Professor Doutor Jaime Alberto dos Santos
Orientador: Professor Alexandre da Luz Pinto
Vogal: Professora Doutora Maria Rafaela Pinheiro Cardoso
Julho de 2015
i
Agradecimentos
Dedico este trabalho à minha Mãe, Pai, Irmãs, ao meu “irmão” e amigo João Carlos, aos meus
Cunhados e Sobrinhos pelo apoio incondicional, carinho e paciência demonstrados ao longo de toda
a minha vida, notando-se mais ainda neste último percurso académico e pelo inesgotável sacrifício
feito.
Ao meu Amigo e Companheiro, João Pedro, pelo carinho, respeito, paciência e pela grande ajuda a
que sempre se prestou.
Agradeço à Maria Astride e ao Edgar todo o apoio também demonstrado e toda a amizade, com todas
as verdades que chegaram sempre na hora certa.
Ao pessoal do “jantar de quartas”, obrigada pela companhia...
A todos os meus amigos e colegas que de alguma maneira me ajudaram a continuar este estudo e
trabalho.
Ao Eng.º Vasco e Sr. Luís Acúrcio, da Hagen, pela disponibilidade demonstrada aquando da
realização dos ensaios.
À Somague Engenharia por toda a documentação relativa a ensaios cujos resultados foram utilizados
neste trabalho, nomeadamente relativos ao projeto PPIDI 006/2008 “Reforço e Tratamento de Solos
por CSM”, o qual foi desenvolvido nos termos do disposto no n.º 7 do artigo 42º do CCP, no âmbito
do contrato n.º 09/976/CA/C, referente à Empreitada de Execução das Obras de Modernização para a
Fase 2ª do Programa de Modernização das Escolas com Ensino Secundário – Lote 2ACE – Escola
Secundária Quinta das Flores e Conservatória de Música, em Coimbra, Escola Secundária Infanta D.
Maria, em Coimbra.
E, como não podia deixar de ser, um agradecimento especial ao meu Orientador, o Prof. Alexandre
Pinto, pela experiência e orientação partilhadas, conhecimento transmitido e por todos os
documentos e informação disponibilizados.
iii
Resumo
É cada vez mais urgente o estudo e desenvolvimento de técnicas de tratamento de solos para
realização de obras em locais de fracas características geotécnicas. Nesta dissertação procurou-se
fazer a comparação entre duas três técnicas: Colunas de Brita, Jet Grouting e Cutter Soil Mixing.
Assim, apresenta-se uma explicação sobre cada uma das técnicas com referência à sua
aplicabilidade, quais as condicionantes de utilização, os procedimentos de execução, os
equipamentos de utilização e estaleiro de apoio, vantagens e desvantagens e também a importância
do controlo de qualidade.
Como caso de estudo apresenta-se a obra realizada para o Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia,
em que os resultados dos ensaios efectuados a colunas de Jet Grouting e a painéis de Cutter Soil
Mixing realizados no Aterro da Doca do Jardim do Tabaco foram essenciais para a análise numérica
com elementos finitos, feita para ambas as técnicas. Esta obra foi realizada com colunas de Jet
Grouting e os dados da instrumentação colocada na obra serviram para ajustar os parâmetros da
análise numérica e depois se fazer a comparação com painéis de Cutter Soil Mixing.
Como conclusão da análise feita pode dizer-se que as duas técnicas eram viáveis e capazes para
este caso de estudo não havendo muita diferença entre elas, em termos de valores de
deslocamentos.
Palavras-chave: Colunas de Brita; Jet Grouting; Cutter soil Mixing; Instrumentação.
iv
Abstract
It’s becoming increasingly urgent the study and development of ground improvement techniques for
carrying out works in places of poor geotechnical characteristics. This paper focuses on the
compararison between three of these techniques: Stone Columns, Jet Grouting and Cutter Soil Mixing.
In this context, a brief explanation of this techniques is presented with reference to its applicability,
which are their conditions of use, their procedures, the equipments used and support yard,
advantages and disadvantages and also the importance of quality control.
As a case of study presents the work carried out in the Cruise Terminal of Santa Apolónia (Lisboa,
Portugal), where the results of tests of Jet Grouting columns and Cutter Soil Mixing panels, made in
the Landfill of Jardim do Tabaco Dockyard (Lisboa, Portugal), were essential for the numerical
analysis with finite element, made for both techniques. This work was carried out with Jet Grouting
columns and the results of instrumentation served to adjust the parameters of the numerical analysis
and then make the comparison with Cutter Soil Mixing panels.
As a conclusion of the analysis can be said that the two techniques were viable and able to this case,
and the two were similar in terms of displacement values.
Keywords: Stone Columns; Jet Grouting; Cutter Soil Mixing; Instrumentation.
vi
Índice
Agradecimentos ......................................................................................................................................... i
Resumo ................................................................................................................................................... iii
Abstract.................................................................................................................................................... iv
Índice ....................................................................................................................................................... vi
Índice Figuras .......................................................................................................................................... ix
Índice Quadros ....................................................................................................................................... xii
Simbologia ............................................................................................................................................. xiii
Abreviaturas .......................................................................................................................................... xiv
1. Introdução ............................................................................................................................................. 1
1.1 Enquadramento do Tema ............................................................................................................. 1
1.2 Organização da Dissertação ........................................................................................................ 2
2. Técnicas de tratamento de solos ......................................................................................................... 3
2.1 Colunas de Brita ........................................................................................................................... 3
2.1.1 Generalidades ....................................................................................................................... 3
2.1.2 Campos de aplicação ............................................................................................................ 4
2.1.3 Processo construtivo ............................................................................................................. 4
2.1.4 Equipamentos ........................................................................................................................ 5
2.1.5 Controlo de Qualidade ........................................................................................................... 7
2.1.6 Vantagens e desvatagens ..................................................................................................... 7
2.2 Jet Grouting .................................................................................................................................. 8
2.2.1 Generalidades ....................................................................................................................... 8
2.2.2 Sistemas de Jet e campos de aplicação ............................................................................. 10
2.2.3 Processo construtivo ........................................................................................................... 11
2.2.4 Equipamentos ...................................................................................................................... 12
2.2.5 Controlo de Qualidade ......................................................................................................... 13
2.2.6 Vantagens e desvantagens ................................................................................................. 14
2.3 Cutter Soil Mixing ....................................................................................................................... 14
2.3.1 Generalidades ..................................................................................................................... 14
2.3.2 Equipamento ....................................................................................................................... 15
vii
2.3.3 Processo construtivo, Sistemas de CSM e Campos de Aplicação ..................................... 17
2.3.4 Controlo de Qualidade ......................................................................................................... 18
2.3.5 Vantagens e desvatagens ................................................................................................... 19
2.4 Comparação ............................................................................................................................... 19
3. Caso de estudo – Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia ............................................................22
3.1 Descrição do Cenário Base e Enquadramento Geral ................................................................ 22
3.2 Localização Geográfica da Obra ................................................................................................ 23
3.3 Principais condicionantes ........................................................................................................... 24
3.3.1 Geológicas e geotécnicas ................................................................................................... 24
3.3.2 Hidrográficas ....................................................................................................................... 28
3.3.3 Vizinhança ........................................................................................................................... 30
3.3.4 Construtivas ......................................................................................................................... 30
3.3.5 Serviços afectados .............................................................................................................. 32
3.3.6 Prazo de execução .............................................................................................................. 32
3.4 Soluções Propostas e adoptadas ............................................................................................... 33
3.4.1 Muros cais ............................................................................................................................ 33
3.4.2 Fecho da doca ...................................................................................................................... 34
3.4.3 Fundação e tratamento dos solos da doca .......................................................................... 35
3.5 Plano de Instrumentação e Observação .................................................................................... 42
3.5.1 Generalidades ..................................................................................................................... 42
3.5.2 Grandezas a medir e meios para medição ......................................................................... 43
3.5.3 Características dos aparelhos ............................................................................................. 43
3.5.4 Frequência de leituras ......................................................................................................... 44
3.5.5 Critérios de alerta e alarme ................................................................................................. 44
3.5.6 Medidas de reforço .............................................................................................................. 45
3.5.7 Resultados da instrumentação ............................................................................................ 45
4. Análise e Modelação ..........................................................................................................................47
4.1 Descrição do software de modelação por Plaxis ....................................................................... 47
4.2 Definição geral do modelo de cálculo ........................................................................................ 49
4.2.1 Geometria no software plaxis .............................................................................................. 49
4.2.2 Etapas de cálculo ................................................................................................................ 53
viii
4.2.3 Pontos seleccionados para análise ..................................................................................... 61
4.3 Resultados .................................................................................................................................. 61
4.4 Comparação de resultados ........................................................................................................ 68
5. Considerações Finais .........................................................................................................................75
5.1 Conclusões ................................................................................................................................. 75
5.2 Trabalhos Futuros ...................................................................................................................... 76
Bibliografia ..............................................................................................................................................77
Anexos ....................................................................................................................................................80
Anexo 1. Resultados dos ensaios de carga vertical ........................................................................ 81
Anexo 2. Resultados dos ensaios de carga horizontal .................................................................... 84
ix
Índice Figuras
Figura 1 – Aspecto final de uma coluna de brita [1] ................................................................................. 4
Figura 2 – Processo construtivo de CB [21] ............................................................................................. 5
Figura 3 – Equipamento vibrocat [19] ...................................................................................................... 6
Figura 4 – Sistema S-Alpha onshore [19] ................................................................................................ 6
Figura 5 – Sistema S-Alpha offshore [19] ................................................................................................ 6
Figura 6 – Detalhe do equipamento vibratório [19] .................................................................................. 7
Figura 7 – Aspecto final de colunas de JG [26] ....................................................................................... 9
Figura 8 – Sistemas de Jet 11] ...............................................................................................................10
Figura 9 – Processo construtivo da técnica JG [25] ...............................................................................12
Figura 10 – Estaleiro [1] .........................................................................................................................12
Figura 11 – Máquina de Jet Grouting [13] ..............................................................................................13
Figura 12 – Aspecto final de um painel de CSM [27] .............................................................................15
Figura 13 – Sistemas de suporte da ferramenta de corte: sistema de vara kelly, à esquerda;
sistema de suspensão por cabos de aço, á direita [12] .........................................................................16
Figura 14 – Tipos de rodas [12] .............................................................................................................17
Figura 15 – Estaleiro de apoio à execução dos painéis [16] ..................................................................17
Figura 16 – Esquema do faseamento de execução dos paineis CSM [12] ...........................................18
Figura 17 – Projecto arquitectónico para o Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia (TCSA) a
construir sobre o aterro da Doca do Jardim do Tabaco [3] ....................................................................23
Figura 18 – Localização da obra em estudo [7] .....................................................................................24
Figura 19 – Localização do corte A-B......................................................................................................26
Figura 20 – Corte geológico A – B [adaptado de 1].................................................................................26
Figura 21 – Localização do corte B-C.....................................................................................................27
Figura 22 – Corte geológico B – C [adaptado de 1]................................................................................27
Figura 23 – Corte tipo dos cais primitivos na zona da Doca do Jardim do Tabaco [6] ..........................31
Figura 24 – Localização dos elementos com anomalias da Doca [2] ....................................................32
Figura 25 – Solução dos muros cais dos molhes da doca .....................................................................33
Figura 26 – Cortina de estacas prancha – Fecho da doca ....................................................................34
x
Figura 27 – Pormenor da cortina de estacas prancha ...........................................................................35
Figura 28 – Vista da proximidade da linha de metropolitano e de edificíos [15]....................................36
Figura 29 – Localização das colunas de JG ..........................................................................................37
Figura 30 – Corte transversal tipo da solução........................................................................................37
Figura 31 – Máquina de injecção – Jet Grouting ...................................................................................38
Figura 32 – Colocação de geogrelhas e trabalhos de JG ......................................................................39
Figura 33 – Localização dos painéis de CSM ........................................................................................40
Figura 34 – Corte transversal tipo da solução........................................................................................40
Figura 35 – Máquina de Cutter Soil Mixing [16] .....................................................................................41
Figura 36 – Rodas de corte utilizadas (tipo 3)........................................................................................41
Figura 37 – Área de influência das colunas de JG ................................................................................50
Figura 38 – Área de influência dos painéis de CSM ..............................................................................51
Figura 39 – Corte transversal da doca com indicação do nível freático ...............................................55
Figura 40 – Vista da doca do Jardim do Tabaco antes dos trabalhos de tratamento e aterro ..............55
Figura 41 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 1 de cálculo ......................................56
Figura 42 – Trabalhos de terraplanagens correspondentes à etapa 1 [1] .............................................56
Figura 43 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 2 de cálculo ......................................57
Figura 44 – Visualização das geogrelhas e material granular que formam a PTC [18] ........................57
Figura 45 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 3 de cálculo (JG) ..............................58
Figura 46 – Máquina de injecção nos trabalhos correspondentes à etapa 3 (JG) [1] ...........................58
Figura 47 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 3 de cálculo (CSM) ...........................59
Figura 48 - Máquina de CSM nos trabalhos correspondentes à etapa 3 (CSM) [16] ............................59
Figura 49 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 4 de cálculo ......................................60
Figura 50 – Trabalhos de terraplanagens correspondentes à etapa 4 [1] .............................................60
Figura 55 – Tensões totais do modelo de JG ........................................................................................65
Figura 56 – Tensões totais do modelo de CSM .....................................................................................65
Figura 57 – Deslocamentos verticais no final do processo construtivo de JG .......................................66
Figura 58 – Deslocamentos verticais no final do processo construtivo de CSM ...................................66
Figura 59 – Diagrama de deslocamentos verticais da coluna de JG (δvmax
=-0.17m) ............................67
Figura 60 – Diagrama de esforços axiais da coluna de JG (Nmax
= -246.13kN/m) .................................67
Figura 61 – Diagrama de deslocamentos verticais da painel de CSM (lado esquerdo: δvmax
=-
0.22m) .....................................................................................................................................................67
xi
Figura 62 – Diagrama de esforços axiais da coluna de CSM (lado esq.: Nmax
= -83.40kN/m) ...............67
Figura 63 – Diagrama de deslocamentos verticais da painel de CSM (lado direito: δvmax
=-0.19m) ......67
Figura 64 – Diagrama de esforços axiais da coluna de CSM (lado direito: Nmax
= -151.91kN/m) ..........67
Figura 65 – Diagrama de esforços axiais da geogrelha no modelo de JG (Nmax
= 8.44kN/m) ...............68
Figura 66 – Diagrama de esforços axiais da geogrelha no modelo de CSM (Nmax
= 27.30kN/m) .........68
Figura 67 – Vista geral do sistema de ensaio ........................................................................................70
Figura 68 – Deslocamentos relativos registados nos diversos patamares de carga [8] ........................71
Figura 69 – Degradação da Carga Vertical em profundidade [8]...........................................................71
Figura 70 – Sistema de reacção adicional adoptado na repetição do ensaio [28] ................................72
Figura 71 – Vista do macaco hidráulico [28] ..........................................................................................73
Figura 72 – Carga / Deslocamento no topo da coluna [28] ....................................................................73
Figura I – Ciclos de carga cplicados ao londo do tempo [8] ..................................................................81
Figura II – Deslocamentos registados ao longo do tempo [8] ................................................................81
Figura III – Encurtamento da microestaca em três troços, ao longo do 1º ciclo de carga [8] ................82
Figura IV– Encurtamento da microestaca em três troços, ao longo do 2º ciclo de carga [8] ................82
Figura V – Encurtamento da microestaca em três troços, ao longo do 3º ciclo de carga [8] ................83
Figura VI – Ciclos de carga aplicados ao longo do tempo [28] ..............................................................84
Figura VII – Carga / Deslocamento no topo (deflectómetros) [28] .........................................................84
Figura VIII – Carga / Deslocamento no topo (alvos topográficos) [28] ..................................................85
xii
Índice Quadros
Quadro 1 – Aspectos comparativos entre Jet Grouting e Cutter Soil Mixing [adaptado de 11] .............20
Quadro 2 – Parâmetros estimados para as diferentes zonas geotécnicas consideradas [5] ...............28
Quadro 3 – Diferentes alturas de água a ter em consideração neste tipo de obras geotécnicas
[6] ............................................................................................................................................................29
Quadro 4 – Critérios de Alerta ................................................................................................................45
Quadro 5 – Critérios de Alarme ..............................................................................................................45
Quadro 6 – Parâmetros do modelo constitutivo MC .............................................................................47
Quadro 7 – Parâmetros do modelo constitutivo HS ..............................................................................48
Quadro 8 – Valores dos parâmetros do modelo MC ..............................................................................51
Quadro 9 – Valores dos parâmetros do modelo HS ..............................................................................52
Quadro 10 – Valores dos parâmetros das colunas de JG .....................................................................52
Quadro 11 – Valores dos parâmetros dos painéis de CSM ...................................................................53
xiii
Simbologia
NSPT Número de pancadas do ensaio de penetração dinâmica (SPT)
σc Tensão de compressão
Φ Diâmetro das colunas de Jet Grouting, dos varões tipo GEWI ou das microestacas
Φ’ Ângulo de resistência ao corte efectivo
c’ Coesão efectiva
γk Peso específico húmido
E Módulo de deformabilidade
T Tracção nas geogrelhas
E50 Módulo de deformabilidade secante para 50% da resistência à compressão simples
Eur Módulo de deformabilidade na descarga/recarga em estado triaxial
Eoed Módulo de deformabilidade edométrico tangente para tensão vertical
γunsat Peso volúmico seco
γsat Peso volúmico ssturado
Ψ Ângulo de dilatância
ν Coeficiente de Poisson
pref Tensão de referência
m Expoente da lei de potência que expressa a dependência da rigidez em relação ao nível
de tensão
νur Coeficiente de Poisson na descarga/recarga
K0 Coeficiente de impulso em repouso
Rf Quociente de rotura que relaciona a tensão deviatórica na rotura com a assimptota da
hipérbole que traduz a tensão-deformação
EA Rigidez axial
EI Rigidez à flexão
w Peso das colunas de Jet Grouting ou dos painéis de Cutter Soil Mixing
Rinter Factor de redução de resistência da interface
A Área da secção transversal
r Raio da coluna de Jet Grouting
I Inércia da secção
a Maior dimensão do painel de Cutter soil Mixing
b Menor dimensão do painel de Cutter soil Mixing
qc Resistência de ponta
xiv
Abreviaturas
IST/UTL Instituo Superior Técnico/Universidade Técnica de Lisboa
PTC Plataformas de transferência de carga
MC Mohr-Coulomb
HS Hardening Soil
TCSA Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia
SPT Ensaio de penetração dinâmica
JG Jet Grouting
CSM Cutter Soil Mixing
ZG Zona Geotécnica
PMMax Altura de água maxima que se prevê que possa ocorrer sob condições
meteorológicas médias
PMAV Valores médios, tomados ao longo do ano, das alturas da água de duas preia-mar
sucessivas, que ocorrem quinzenalmente quando a amplitude da maré é maior
PMAM Valores médios, tomados ao longo do ano, das alturas da água de duas preia-mar
sucessivas, que ocorrem quinzenalmente quando a amplitude da maré é mínima
NM Nível Médio da altura da água
BMAM Valores médios, tomados ao longo do ano, das alturas da água de baixa-mares
sucessivas, que ocorrem quinzenalmente quando a amplitude da maré é mínima
BMAV Valores médios, tomados ao longo do ano, das alturas da água de baixa-mares
sucessivas, que ocorrem quinzenalmente quando a amplitude da maré é maior
BMMin Altura de água mínima que se prevê que possa ocorrer sob condições
meteorológicas médias
ZH Zero hidrográfico
1
1. Introdução
1.1 Enquadramento do Tema
No mundo actual é cada vez mais necessária a construção de infraestruturas em zonas que no
passado seria muito dispendioso, moroso e de execução muito difícil. Estas zonas são constituídas
por terrenos com má qualidade, em termos de resistência, deformabilidade e permeabilidade.
A crescente necessidade de execução de infraestruturas nestes locais tem imposto o estudo de cada
vez mais técnicas de tratamento de solos, como a aplicação prévia de cargas, vibrocompactação,
compactação dinâmica, estacas cravadas e recurso a misturas de agentes com efeito ligante por
injecção ou mistura mecânica. Neste últimos a alteração das propriedades do solo é realizada
recorrendo à mistura de um agente ligante no terreno, melhorando as suas características.
Alguns casos de acidentes em edifícios ou estruturas devem-se a erros de dimensionamento e/ou
construção das suas fundações. Uma parte importante do sucesso de uma obra está dependente da
observação do seu comportamento por meio de uma instrumentação adequada. Através da
instrumentação consegue-se uma observação crítica da fiabilidade e segurança do método
construtivo, uma interpretação em tempo útil do comportamento da obra e, se necessário, adaptar a
solução e processo construtivo. O sucesso da instrumentação está na escolha dos instrumentos
adequados e na sua colocação em zonas chave da intervenção.
Este trabalho pretende estudar três técnicas de tratamento de solos, uma por vibrocompactação:
Colunas de Brita, e duas realizadas com recurso a misturas de agentes com efeito ligante: colunas de
Jet Grouting e painéis de Cutter Soil Mixing. Pretende-se ainda analisar o comportamento de
plataformas de transferência de carga (PTC) sobre solos tratados pelos dois últimos métodos falados
e está inserido no Mestrado Integrado de Engenharia Civil no ramo de Geotecnia, do Instituto
Superior Técnico da Universidade de Lisboa (IST/UL).
Este estudo foi complementado com o caso real do estudo do aterro da Doca do Jardim do Tabaco e
futuras fundações do edifício do Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia, em que as três técnicas
atrás mencionadas foram estudadas.
Depois de alguns estudos preliminares verificou-se que a consolidação forçada dos lodos existentes
na doca, provocada pelas Colunas de Brita, induziria esforços e deformações bastante significativos
nos muros exteriores da doca e nos edifícios vizinhos.
Para as outras técnicas foram realizados ensaios na obra de reabilitação e reforço do cais entre
Santa Apolónia e o Jardim do Tabaco – 2ª fase – e observado o seu comportamento através de
instrumentação adequada.
2
O estudo e acompanhamento da obra realizada foram já objecto de estudo na dissertação da aluna
Ana Luísa Sousa Ribeiro, com o título “Técnica de tratamento de solos – Jet grouting,
acompanhamento de um caso real de estudo – Cais de Santa Apolónia e Jardim do Tabaco”. [1]
Na dissertação aqui apresentada foram analisados os dados provenientes da instrumentação e
ensaios efectuados às colunas teste de Jet Grouting e aos painéis de Cutter Soil Mixing de modo a
obter um modelo que mais se adeque ao comportamento da obra para comparação das duas
técnicas. O software usado nesta análise é o software de elementos finitos desenvolvido para a
geotecnia, o Plaxis.
Segundo o Manual do Plaxis [4] este software começou a ser desenvolvido em 1987 na Universidade
Técnica de Delft e recorre a vários modelos constitutivos, entre os quais o modelo Mohr-Coulomb
(MC) e o modelo Hardening Soil (HS), que serão os utilizados neste trabalho.
1.2 Organização da Dissertação
No capítulo 1 refere-se o enquadramento do tema referindo-se a importância da instrumentação e
uma breve descrição do software utilizado, assim como os objectivos da tese em causa e sua
organização.
No capítulo 2 faz-se uma explicação das técnicas em estudo neste trabalho, Colunas de Brita, Jet
Grouting e Cutter Soil Mixing, descrevendo-se o processo construtivo de cada uma delas, assim como
equipamento e materiais utilizados e campos de aplicação.
O capítulo 3 será dedicado ao caso de estudo – Terminal de cruzeiros de Santa Apolónia (TCSA),
onde se fará referência ao enquadramento geral da obra, soluções estudadas e adoptadas e plano de
instrumentação utilizado.
No capítulo 4 será descrito o software de modelação utilizado e definido também o modelo de cálculo
utilizado, bem como analisados e tratados os resultados provenientes da instrumentação e ensaios
de forma a integrarem na modelação do problema.
No capítulo 5 serão apresentadas as considerações finais e trabalhos futuros.
No final serão também apresentadas as referências bibliográficas consultadas ao longo da
elaboração do presente trabalho.
3
2. Técnicas de tratamento de solos
Como se referiu no capítulo anterior neste trabalho faz-se o estudo de três técnicas de tratamento de
solos, Colunas de Brita (CB), Jet Grouting (JG) e Cutter Soil Mixing (CSM). Estas técnicas têm como
objectivo conferir ao solo propriedades de deformabilidade, resistência e permeabilidade melhoradas
em relação às do solo natural, permitindo assim a construção de um modo seguro comparativamente
com outras ténicas.
A primeira técnica falada, Colunas de Brita, faz-se recorrendo a vibrosubstituição, com substituição
parcial do solo por material granular de melhores características que o solo natural e consequente
confinamento do solo natural, aumentando a sua capacidade de carga.
Jet Grouting faz-se através da injeção de calda de cimento a elevada pressão, misturando o terreno
com a calda, melhorando as suas características mecânicas e aumentando a sua impermeabilidade.
O Cutter Soil Mixing é uma técnica que deriva do Deep Mixing, em que há um aumento da
capacidade de carga do terreno através de uma mistura mecânica de ligante com solo, seria um “Jet
Grouting mecânico”.
2.1 Colunas de Brita
2.1.1 Generalidades
A primeira utilização documentada de soluções de fundações sobre elementos de brita foi na
construção do Taj Mahal na Índia, as suas fundações são poços escavados de forma manual em
solos moles e enchidos com pedras. [22] Mas mais modernamente, a primeira aplicação conhecida
de Colunas de Brita foi o reforço do solo de fundação do arsenal militar de Bayonne, França, em
1930. Depois disso alguns autores aprofundaram-se no estudo acerca desta técnica mas não existiu
a sua aplicação até final de 1950, na Alemanha. [20]
Esta técnica é usada quando se quer aumentar a capacidade de carga do terreno, reduzir e acelerar
assentamentos, melhorar a estabilidade global ou até reduzir o potencial de liquefacção. É feita por
substituição parcial do solo por um material granular (brita). As colunas de brita assim formadas são
flexíveis, com módulo de deformabilidade elevado e não têm coesão. [19]
Como não se retira solo original e há introdução de um material o melhoramento do terreno também
se faz pelo efeito de compactação do solo natural em torno da CB. [24] Esta interação origina uma
redistribuição de esforços, dotando o conjunto solo-coluna de um aumento de resistência e redução
de deformações.
4
As colunas de brita também funcionam como um dreno, por isso, além da drenagem vertical (normal
numa situação sem CB), tem-se também drenagem radial, no sentido da coluna de brita. [20]. O
efeito provocado por esta drenagem em várias direcções, aliado ao facto de normalmente existir uma
malha de CB no espaço a tratar, origina uma consolidação em média de 90% ainda no período de
construção. [6]
Figura 1 – Aspecto final de uma coluna de brita [1]
2.1.2 Campos de aplicação
É uma técnica indicada para solos coesivos que têm baixa resistência, areias siltosas ou argilosas,
siltes e argilas ou aterros heterogéneos. [19] É usada em fundações de aterros ou fundações com
cargas não muito elevadas e/ou distribuídas. [20]
2.1.3 Processo construtivo
O método construtivo é realizado em cinco etapas:
• Preparação: O equipamento é posicionado no ponto de penetração e estabilizado. A
alimentação da brita é assegurada por uma caçamba elevatória.
• Enchimento: A brita contida na caçamba é despejada no tubo do vibrador.
• Penetração: Com ou sem ajuda de fluído de injecção (ar ou água) e principalmente devido ao
peso do vibrador, este desce até à profundidade do solo competente, comprimindo-o
lateralmente.
5
• Vibrosubstituição: Quando a profundidade estabelecida é atingida, sobe-se ligeiramente o
vibrador e a brita é colocada no espaço livre. Em seguida, volta-se a descer o vibrador para
expandir lateralmente a brita contra o solo, compactando-os. [19]
• Acabamento: Executando o passo anterior sucessivas vezes enquanto se vai subindo o
vibrador consegue criar-se uma coluna de solo muito bem compactada, cujo diâmetro
depende da energia de vibração, do tempo em cada patamar e das características do solo.
[20]
Figura 2 – Processo construtivo de CB [21]
2.1.4 Equipamentos
As colunas de brita são executadas com um vibrador trémie, que tem na sua extremidade superior um
crivo e uma tremonha para alimentação da brita e pode ser montado sobre esteiras, chamadas
vibrocat, figura 3, podendo atingir 20,0 m de profundidade.
6
Figura 3 – Equipamento vibrocat [19]
Para profundidades superiores a 20,0 m os vibradores são acopolados a guindastes (onshore), figura
4, ou a gruas (offshore), figura 5.
Figura 4 – Sistema S-Alpha onshore [19] Figura 5 – Sistema S-Alpha offshore [19]
O equipamento vibratório é essencial para a compactação e expansão lateral da brita e, devido ao
seu peso garante a verticalidade da coluna de brita. [19]
7
Figura 6 – Detalhe do equipamento vibratório [19]
2.1.5 Controlo de Qualidade
O controle da qualidade da execução é feito eletronicamente, em tempo real, do início ao fim da
coluna, produzindo relatórios com profundidade final da coluna, tempo de compactação, energia de
compactação, o consumo e a distribuição da brita. [19]
2.1.6 Vantagens e desvatagens
Vantagens:
• O processo permite a execução de até 10 mil metros de colunas por equipamento e por mês,
o que reflecte uma significativa redução no prazo de realização da obra.
• Aceleração dos assentamentos proporcionados pelas colunas de brita, com
os assentamentos diferenciais bastante reduzidos, o que proporciona uma maior estabilidade
às obras executadas sobre solos moles.
• A maior permeabilidade das colunas faz com que elas se tornem grandes drenos verticais,
acelerando o escoamento da água existente no solo.
8
• O mecanismo de colapso é mais progressivo quando comparado com outros tipos de
fundações indiretas mais "rígidas", visto que uma coluna de brita sobrecarregada
automaticamente reduz a sua tensão (transferindo para o solo envolvente) à medida que se
deforma. [23]
• O campo de aplicação da vibrosubstituição não se restringe apenas a solos
predominantemente arenosos, mas abrange também - e principalmente - solos finos em que
haja processos de consolidação diferida no tempo.
Desvantagens:
• Para acréscimso de carga na coluna a mesma sofre uma maior expansão lateral. Esta
expansão lateral varia em profundidade em função do confinamento induzido pelo solo
circundante. Sendo assim, não se tem total controle do diâmetro final da coluna
• Limitações para serem utilizadas como fundações de grandes estruturas, por ter capacidade
de carga reduzida.
• Produz assentamentos significativos, ainda que grande parte na fase de obra.
• Limitações quanto aos solos, diferente das outras técnicas citadas no projeto, esta possui
maior limitação quanto ao tipo de solo.
• Por, no procedimento, se usar vibração, é uma técnica que afecta as estruturas já existentes nas
imediações.
2.2 Jet Grouting
2.2.1 Generalidades
O Jet Grouting foi uma técnica desenvolvida no Japão, na década de 70 e tem actualmente grande
aplicação na Europa. Embora seja uma técnica relativamente recente, os estudos efectuados
permitem que se possa dispor de conhecimentos consolidados que possibilitam definir com
sustentação a aplicação deste tipo de trabalhos. Por outro lado este rigor técnico baseia-se também
na grande experiência, quer face à observação final quer no aperfeiçoamento e controlo de execução
das tarefas. Em Portugal, a técnica começou a ser utilizada em 1995, na consolidação das fundações
dos pilares da Ponte de Penacova sobre o rio Mondego. [1]
9
Através do JG, consegue-se uma melhoria nas características geotécnicas do terreno feita no interior
do terreno e sem escavação prévia, com injecção de calda de cimento a altas pressões (20MPa a
40MPa). Esta injecção é feita em jactos horizontais que desagregam a estrutura do terreno natural e
misturaram as particulas do solo com calda de cimento, resultando um material com melhores
características mecânicas e de menor permeabilidade do que o terreno original.
O JG além de não necessitar de pré-escavação pode ser feito em qualquer tipo de solos, com
diferentes direcções e nos estratos estritamente necessários.
É uma técnica executável em solos com NSPT inferior a 30 e funciona por atrito lateral, funcionando
também por ponta quando sujeito a tensões muito baixas (funcionando como um pegão) (σc inferior a
2MPa).
Existem vários parâmetros que influenciam o resultado das colunas de JG, entre eles destacam-se as
características geotécnicas do solo a tratar e os parâmetros de execução, como a percentagem de
substituição do solo, a uniformidade de execução do tratamento em profundidade e a geometria.
Quanto às características geotécnicas verifica-se que quanto maior for a granulometria do solo
maiores serão os diâmetros das colunas. As argilas e siltes, com maiores quantidades de finos, têm
maior plasticidade e assim maior consistência e coesão o que dificulta a desagregação dos grãos e
mistura com o cimento, aumentando assim a pressão na injecção da calda.
Devido à pressão a que é injectada a calda de cimento e visto que se está a adicionar material ao
solo natural é produzido um refluxo do material excedente, que é importante que seja recolhido para
local apropriado. Se o material excedente não conseguir sair livremente até à superfície do terreno
formam-se bolsas nas descontinuidades de solo que poderão dar origem a deslocamentos no terreno
tratado. [1]
Figura 7 – Aspecto final de colunas de JG [26]
10
2.2.2 Sistemas de Jet e campos de aplicação
Com a evolução desta técnica houve necessidade de desenvolver diferentes tipos de injecção face a
diferentes soluções pretendidas. Assim existem três sistemas de Jet distintos:
• Sistema de Jet 1 ou simples, a) da figura 8;
• Sistema de Jet 2 ou duplo, b) da figura 8;
• Sistema de Jet 3 ou triplo, c) da figura 8.
Figura 8 – Sistemas de Jet 11]
O sistema simples apenas injecta calda de cimento a uma pressão elevada, é feito em solos
coerentes, 5<NSPT<10, e em solos incoerentes NSPT>20, já que a coesão é um factor de resistência à
acção do jacto. É o sistema mais flexivel, mais económico, mais simples e que produz o diâmetro de
colunas menor. Este sistema é muito utilizado na consolidação da abóboda de túneis, na
impermeabilização de solos e em ancoragens.
O sistema duplo tem além do jacto de calda de cimento um jacto de ar comprimido ou água, executa-
se em solos coerentes com NSPT<10 e em solos incoerentes com NSPT>50. O jacto de ar comprimido
ou água é responsável pelo aumento do alcance do jacto e consequentemente maior diâmetro das
colunas. É usado em estabilização de solos, painéis impermeabilizantes e reforço de fundações.
O sistema triplo usa jactos de calda de cimento, ar comprimido e água, tendo todos funções distintas:
• O jacto de água destrói a estrutura do terreno e parte desta água é rejeitada do furo trazendo
algum solo desagregado;
• O jacto de ar envolve o jacto de água aumentando o efeito desagregador, facilitando a saída
da mistura solo-água para o exterior;
11
• O jacto de calda de cimento, abaixo do bico de injecção do ar e água, mistura-se com o
terreno, dando origem à coluna solidificada de mistura solo-cimento.
Este sistema pode realizar-se em solos coerentes com NSPT<15 e em solos incoerentes com NSPT>50
e é usado habitualmente em reforço de fundações, escavações, diminuição da permeabilidade dos
solos e na estabilização de solos.
Os parâmetros a definir para todos os sistemas são:
• Pressão e caudal de cimento;
• Número e diâmetros dos bicos de injecção;
• Relação água/cimento;
• Velocidade de subida e rotação da vara.
Além destes, para o sistema duplo ainda é necessário definir a pressão e o caudal do ar comprimido
ou da água. Para o sistema triplo além de todos os atrás mensionados ainda é necessário definir a
pressão e o caudal da água.
O sistema triplo é o que apresenta maiores diâmetros de colunas visto que a desagregação do solo
se faz devido à pressão do ar e da água e também da calda de cimento enquanto que no sistema
simples é apenas devida à pressão da calda de cimento. [1]
2.2.3 Processo construtivo
Existem três etapas distintas no processo de execução de jet grouting:
• Corte: A estrutura inicial do solo é desagregada e as partículas de solo dispersas pela acção
de um ou mais jactos horizontais;
• Mistura e substituição parcial: Uma parte das particulas de solo são substituídas e outra parte
misturadas com a calda de cimento injectada;
• Cimentação: As partículas de solo são aglutinadas entre si pela acção endurecedora da calda
de cimento. [17]
O processo de construção começa com a furação, colocando-se a vara no terreno com um
movimento de rotação e auxílio de um jacto de água vertical até à profundidade pretendida. Nesta
altura inicia-se a injecção com calda de cimento e subida da vara a velocidade constante, para
garantir maior homogeneidade na coluna.
12
Figura 9 – Processo construtivo da técnica JG [25]
2.2.4 Equipamentos
Os equipamentos usados nesta técnica são o silo de cimento, a central misturadora, a bomba de
injecção, máquina de furação e injecção, e no caso de Jet 2 e Jet 3 também é necessário um
compressor. É necessário criar condições para recolha do refluxo produzido.
Figura 10 – Estaleiro [1]
13
Por norma estes equipamentos são montados o mais próximo possível do local a intervir para evitar
custos de transporte de materiais.
Figura 11 – Máquina de Jet Grouting [13]
2.2.5 Controlo de Qualidade
Devido à dificuldade de saber antecipadamente as características do solo tratado é necessário fazer
um controlo de qualidade para validar os pressupostos do projecto e garantir boa execução da
técnica, esta ultima controlada bastante pelo sistema de registos automáticos da máquina.
O refluxo provocado por esta técnica é um dos factores que permite controlar a qualidade, que deverá
ser espesso e ter solo na sua constituição, indicativo de uma boa mistura. No caso de não existir
refluxo pode significar que se estão a formar bolas em vez de colunas, havendo o risco de
empolamento. [1]
Além do controlo automático da máquina também se fazem depois ensaios in situ e ensaios de
laboratório para avaliar os parâmetros definidos em projecto.
14
2.2.6 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
• Versatilidade em termos de solos e local, visto que as máquinas podem ser pequenas e não
muito pesadas;
• Ruídos e vibrações reduzidos;
• O nível freático não condiciona;
• Possibilidade de atingir grandes profundidades;
• Dispensa trabalhos de escavação e transporte a vazadouro.
Desvantagens:
• Quanto mais profundo maior o custo;
• Reduzida capacidade de tração;
• Controlo de qualidade de execução para evitar o risco de levantamento do terreno, o risco de
assentamento do terreno e a agressividade química do terreno;
• Para solos argilosos, siltosos e orgânicos a técnica não apresenta valores de compressão
uniaxial significativos;
• Gera refluxo;
• Equipamento mais sofisticado, necessitando de mão de obra especializada.
2.3 Cutter Soil Mixing
2.3.1 Generalidades
A tecnologia de Cutter Soil Mixing foi desenvolvida em 2003 pela empresa alemã Bauer Maschinen.
Sendo uma técnica recente não tem ainda grande utilização, tendo vindo a ganhar relevância em
muitos países, incluindo Portugal. [11]
15
Como se referiu anteriormente, Cutter soil Mixing é uma técnica que provém do Deep Mixing que tal
como o Jet Grouting também consiste num método de tratamento de solo in situ, através de uma
mistura de solo com cimento ou cal, modificando as características geotécnicas do terreno, conferindo
uma melhoria das propriedades do solo, tais como a resistência mecânica, permeabilidade e
compressibilidade. A grande diferença para o Jet Grouting é que a mistura solo-cimento é feita
mecânicamente. No final do tratamento as características do material dependem do solo original e do
método de mistura utilizado, tal como para o Jet Grouting.
As técnicas de Deep Mixing dividem-se em Dry Deep Mixing, quando o ligante é transportado até ao
solo por via seca, e Wet Deep Mixing, ligante transportado por via húmida. A técnica Cutter Soil
Mixing insere-se na catergoria Wet Deep Mixing.
O equipamento de Cutter Soil Mixing tem uma ferramenta de corte, constituída por duas rodas de
corte, que rodam em sentidos opostos e segundo um eixo horizontal e originam a desagregação,
enquanto que é injectada a calda de cimento através de um orificío existente entre as duas rodas.
Figura 12 – Aspecto final de um painel de CSM [27]
2.3.2 Equipamento
O equipamento utilizado em Cutter Soil Mixing é constituído por uma vara vertical rigida ao longo da
qual se movimenta a unidade de rotação, que tem na extremidade uma ferramenta de corte com
rodas dentadas. Existem vários modelos de equipamentos em função das necessidades de projeto,
variando no tamanho, peso e altura da torre.
16
A ferramenta de corte pode ser suportada por vara kelly, profundidades até 30,0m, ou por sistema de
cabos de suspensão em aço, para maiores profundidades. A dimensão da ferramenta de corte
condiciona a geometria dos painéis.
Figura 13 – Sistemas de suporte da ferramenta de corte: sistema de vara kelly, à esquerda; sistema de suspensão por
cabos de aço, á direita [12]
Existem três tipos de rodas de corte, escolhidas de acordo com o terreno a tratar. As rodas de corte
tipo 1 são indicadas para solos arenosos, não coesivos e de fácil desagregação; as rodas do tipo 2
utilizam-se em solos siltosos ou arenosos, cujas partículas têm granulometria muito fina; as rodas tipo
3 aplicam-se em solos duros e densos, com existência de blocos rochosos.
17
Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Figura 14 – Tipos de rodas [12]
Além do equipamento de execução dos painéis é ainda necessária uma central de armazenamento
de cimento e aditivos, um compressor de ar, unidades de mistura de calda de cimento e um
equipamento para recolha do refluxo remanescente.
Figura 15 – Estaleiro de apoio à execução dos painéis [16]
2.3.3 Processo construtivo, Sistemas de CSM e Campos de Aplicação
De um modo geral a construção de painéis CSM dá-se em duas fases: a primeira é a furação e
desagregação do solo, pela descida do equipamento de corte até à cota definida em projeto; na
segunda fase tem lugar a subida do equipamento com o sentido de rotaçao das rodas invertido e de
forma continua e a uma velocidade constante, de modo a homogeneizar a mistura solo-ligante até ser
atingida a cota de topo do painel.
18
Figura 16 – Esquema do faseamento de execução dos paineis CSM [12]
Esta técnica é indicada para solos moles e maciços rochosos muito a medianamente alterados.
Os painéis de CSM podem ser executados segundo dois tipos de sistemas, o sistema de uma fase e
o de duas fases.
No primeiro durante o movimento descendente existe injeção de ligante, cerca de 2/3 da calda, a
restante calda é introduzida na fase ascendente. Este sistema indica-se para solos brandos e
uniformes, com baixa compacidade e até profundidades de 20,0 m.
No sistema de duas fases não há injeção de ligante durante a descida, conseguindo-se a fluidificação
do solo por injeção de bentonite e/ou ar comprimido. Na subida verifica-se a injeção de ligante que se
mistura com o solo fluidificado. Neste tipo de sistema é necessária uma estação de tratamento das
lamas bentoníticas. É muito usado na construção de cortinas de impermeabilização e em solos
heterogéneos e de elevada compacidade. [11]
2.3.4 Controlo de Qualidade
Com um controlo de qualidade e de execução dos painéis, conseguido através da ferramenta de
monitorização do equipamento de furação, consegue-se optimizar os painéis em tempo real para
chegar à solução pretendida em projeto.
Além deste controle fazem-se ainda testes laboratoriais de amostras em fresco e por carotagem de
modo a assegurar a qualidade final da solução. [11]
19
2.3.5 Vantagens e desvatagens
Vantagens:
• Dispensa trabalhos de escavação e transporte a vazadouro;
• Menor refluxo que no Jet, menos ruidos e menos vibrações;
• Possibilidade de escolha do ligante, podendo apresentar vantagens a nível ambiental se se
falar de descontaminação do solo;
• Adequada em quase todo o tipo de terrenos, sendo possível só com uma furação o
atravessamento de vários tipos de solos;
• Adequada independente do nível freático;
• Possibilidade de armação dos painéis com perfis metálicos;
• Ligação eficaz entre painéis, independente da idade;
• Grande segurança quando se trabalha com grandes profundidades ou quando existe uma
interrupção no processo construtivo;
• Garante uma transição de rigidez equilibrada entre o elemento estrutural e o solo;
• É conhecida exactamente a geometria do elemento tratado;
• Controlo de qualidade muito bom através do equipamento.
Desvantagens:
• Equipamento pesado e de grandes dimensões;
• Grande espaço livre necessário;
• Estabilidade da mistura localizada acima da ferramenta de furação, de corte e de mistura.
2.4 Comparação
Após a descrição das três técnicas apresenta-se um quadro resumo de comparação entre as duas
técnicas com recurso a ligantes:
20
Quadro 1 – Aspectos comparativos entre Jet Grouting e Cutter Soil Mixing [adaptado de 11]
Cutter Soil Mixing Jet Grouting Colunas de Brita
Dim
en
são
Execução de painéis retangulares, cujas dimensões
estão dependentes do equipamento utilizado.
Dimensões máximas da secção: 2,8*1,2 m
2
Execução de colunas cujas dimensões são dependentes
do tipo de solo e de JG utilizado. Diâmetro máximo: 2,0 m (valor de referência)
Execução de colunas cujas dimensões são
dependentes do tipo de solo e de parâmetros de CB
utilizado. Diâmetro máximo: 1,0 m (valor de referência)
Desag
reg
ação
do
So
lo
Desagregação do solo realizada por via mecânica através de rodas de corte
Desagregação do solo realizada através de injeção
de jatos a alta pressão por via hidráulica
Desagregação do solo realizada através de injeção de jatos a alta pressão por via hidráulica ou seca e por
peso próprio do vibrador
Tip
o d
e S
olo
s
Adequado para praticamente todo o tipo de solos. Redução da eficiência em terrenos mais
densos, consistentes e com elementos pedregosos ou
rochosos
Aplicável a uma vasta gama de solos. Pouco adequado para solos argilosos muito
resistentes ou rochosos; solos muito heterogéneos com
grandes descontinuidades e vazios, principalmente com
percolação
Aplicável a solos moles, com baixa resistência
Co
ntr
olo
de
Exe
cu
ção
Rigoroso controlo de execução e garantia de verticalidade dos
painéis
Dificuldade em conhecer a geometria das colunas em
profundidade e de garantir a sua verticalidade
Dificuldade em conhecer o diâmetro das colunas
Refl
uxo
Quantidade de refluxo reduzida Gera-se uma grande quantidade de refluxo
Não gera refluxo
Eq
uip
am
en
to
Equipamento de grandes dimensões. Necessidade de
grande área de estaleiro.
Equipamento de pequenas dimensões. Adequado para espaços exíguos e de pé-
direito reduzido
Equipamento de grandes dimensões.
Pro
fun
did
ad
e
Atinge maiores profundidades (até 60 metros)
Atinge menores profundidades (até 40 metros)
Vib
ração
Técnicas que não provocam vibrações no terreno, em particular o CSM e as colunas de JG de reduzido diâmetro, sendo adequadas para construções junto a estruturas sensíveis
Provoca vibrações no terreno
En
saio
s
Exige a realização de ensaios prévios e de controlo de qualidade dos elementos executados
Não exige ensaios prévios
21
Tem
po
de
Exe
cu
ção
Tempos de execução semelhantes
Metade do tempo de execução
Refo
rço
Possibilidade de inserir elementos metálicos (ou microestacas no caso do JG) a fim de conferir maior resistência à flexão e à
tração
Sem possibilidade de reforço estrutural
Nív
el
Fre
áti
co
Adequado para situações abaixo do nível freático
Ap
licaçõ
es
Versatilidade de soluções e aplicações
Ao nível de custos pode fazer-se uma primeira análise ao custo do equipamento necessário à
execução e a quantidade prevista de material necessário para cada uma das técnicas. Quanto ao
equipamento necessário os custos do JG são ligeiramente superiores, pois o estaleiro é mais
exigente quando comparado com o estaleiro necessário para CSM. O material necessário depende
do número elementos, área transversal e profundidades atingidas. Comparando com estes dois
últimos métodos, o custo associado à realização de CB acarreta custos bem menores.
Nas duas técnicas de mistura de ligante não é mobilizado nenhum fenómeno de consolidação nos
materiais lodosos e assim sendo o aterro pode ser executado sem restrições de prazos. [14] No
tratamento efectuado com CB a consolidação dos materiais lodosos é feita num espaço de tempo
mais curto, dando origem a que os assentamentos possam ser tratados ainda na fase de obra.
22
3. Caso de estudo – Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia
3.1 Descrição do Cenário Base e Enquadramento Geral
É necessário melhorar cada vez mais o aproveitamento das zonas subterrâneas, devido à grande
ocupação da superfície como se tem verificado, tal como é necessário o bom aproveitamento das
margens dos rios para assim melhorar os acessos marítimos.
É neste último campo que a obra de Reabilitação e Reforço do cais entre Santa Apolónia e o Jardim
do Tabaco (2ª fase) se insere, tendo em consideração a necessidade de concentrar instalações para
reduzir custos de operação e melhorar a capacidade do porto para acolher os cruzeiros, para além de
dotar a cidade com uma Gare mais atractiva e cómoda para os passageiros.
A Doca do Jardim do Tabaco, bem como os cais adjacentes, entre Santa Apolónia e a Doca da
Marinha, foram construídos nos finais do século XIX. Em resultado da sua idade e utilização, quase
todos os cais e as retenções marginais da doca apresentam-se em adiantado estado de degradação.
O novo TCSA, para além de incorporar o actual cais de Santa Apolónia, abrangerá toda a frente de
acostagem entre este cais e a Doca da Marinha, numa extensão total de cerca de 1100 m. Envolverá,
também, o fecho da Doca do Jardim do Tabaco e do seu aterro, para aumentar a área de terrapleno
disponível. [6]
Esta empreitada tem por objectivos:
• Reabilitar a estrutura dos cais actuais, numa frente de 450 m;
• Proceder ao fecho e aterro da Doca do Jardim do Tabaco;
• Construir uma nova estrutura que permita a utilização deste cais por navios cruzeiro, com
maiores fundos de serviço que os dados pela estrutura dos cais actuais. [6]
Pretende-se neste trabalho estudar a capacidade de carga das colunas de Jet Grouting, realizadas
com o objectivo de tratamento dos terrenos de fundação do aterro da Doca do Jardim do Tabaco e a
possibilidade de virem a integrar as fundações do futuro edifício do TCSA (3ª fase deste projecto),
cujo projecto arquitectónico se mostra na figura 17, comparativamente a uma solução idêntica em
painéis de Cutter Soil Mixing.
23
Figura 17 – Projecto arquitectónico para o Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia (TCSA) a construir sobre o aterro
da Doca do Jardim do Tabaco [3]
Os elementos base essenciais para as soluções estudadas e propostas na 2ª fase deste projecto
foram:
• O estudo geológico e geotécnico realizado pela empresa “Tecnasol-FGE Fundações e
Geotecnia, S.A.” em Janeiro de 2007 e Dezembro de 2008;
• Estudo preliminar de estabilidade do parque subterrâneo, elaborado pelas empresas “STA –
Segadães Tavres & Associados, Lda.” e “ WW – Consultores de Hidráulica e Obras
Marítimas, S.A.” em Abril de 2009.
A empreitada referente à 2ª fase deste projecto ficou a cargo do consórcio formado pela SOMAGUE,
SETH e OFM.
3.2 Localização Geográfica da Obra
A obra em estudo localiza-se na freguesia de Santa Apolónia, concelho de Lisboa, situando-se entre
Santa Apolónia e o Jardim do Tabaco, como se observa na figura 9. A entrada principal da obra é
feita pela Avenida Infante Dom Henrique.
24
Figura 18 – Localização da obra em estudo [7]
3.3 Principais condicionantes
3.3.1 Geológicas e geotécnicas
Das primeiras campanhas de prospecção obtiveram-se perfis geológico-geotécnicos revelando que,
do ponto de vista litostratigráfico, ocorrem no local de intervenção as seguintes formações:
• Aterro e enrocamentos: estrato heterogéneo incluindo, por vezes, enrocamentos calcários
constituintes da fundação do muro-cais, mas também detectados na zona interior da Doca.
• Complexo aluvionar: constituído, quase exclusivamente, por lodos, apresentando algumas
intercalações areno-lodosas, especialmente no interior da Doca. A generalidade das
sondagens realizadas naquele lugar detectou na parte inferior do complexo areias e siltes,
por vezes lodosos, com conchas, seixos e calhaus calcários provenientes da erosão das
camadas miocénicas.
25
• Complexo Miocénico: constituído essencialmente por estratos calcários fossilíferos-gresosos
alternando com camadas argilosas. As bancadas calcárias podem atingir espessuras da
ordem dos 4,0m. As camadas gresosas (aréolas) são constituídas por areias finas, micáceas
e argilosas alternando com camadas de argila, raramente isentas de areias. [5]
Para se fazer um enquadramento geológico recolheu-se a informação proveniente de prospecções
realizadas, através de sondagens e de ensaios “in situ” e de laboratório, efectuados pela empresa
Tecnasol-FGE. A partir dessa informação caracterizou-se o solo nas diferentes zonas geotécnicas.
28
Para as diferentes zonas geotécnicas definidas, os valores dos parâmetros adoptados nos cálculos
realizados foram os seguintes:
Quadro 2 – Parâmetros estimados para as diferentes zonas geotécnicas consideradas [5]
Zona
Geotécnica Litologia
Φ’ – ângulo
de atrito (º)
c’ – coesão
aparente
(kPa)
γh – peso
especifico
húmido
(kN/m3)
E’ – módulo de
deformabilidade
(MPa)
- Aterros 35,0 0,1 18,0 12,0
ZG3 Lodos
argilosos 19,0 8,0 16,0 1,0
ZG2 Lodos
arenosos 25,0 10,0 17,0 3,0
ZG1
Areias
Siltosas /
Miocénico
30,0 0,1 18,0 15,0
3.3.2 Hidrográficas
Devido à localização da obra, muito próxima do mar, e da cota do aterro do Terminal de Cruzeiros de
Santa Apolónia, abaixo da preia-mar, é necessário ter em conta a impulsão da água na laje de fundo
da estrutura e nas paredes de contenção. Para isso e para a zona em estudo tomaram-se valores da
maré no Porto de Lisboa (Terreiro do Paço), segundo o Roteiro da Costa de Portugal, do Instituto
Hidrológico. Estes valores são apresentados no quadro 3 [6].
29
Quadro 3 – Diferentes alturas de água a ter em consideração neste tipo de obras geotécnicas [6]
Designação Descrição Altura de água
PMMax
Altura de água máxima que se
prevê que possa ocorrer sob
condições meteorológicas
médias, tendo em conta todas
as combinações possíveis
astronómicas
+4,27 m (ZH)
PMAV
Valores médios, tomados ao
longo do ano, das alturas da
água de duas preia-mar
sucessivas, que ocorrem
quinzenalmente quando a
amplitude da maré é maior
+ 3,8 m (ZH)
PMAM
Valores médios, tomados ao
longo do ano, das alturas da
água de duas preia-mar
sucessivas, que ocorrem
quinzenalmente quando a
amplitude da maré é mínima
+ 3,00 m (ZH)
NM Nível médio da altura da água + 2,20 m (ZH)
BMAM
Valores médios, tomados ao
longo do ano, das alturas da
água de baixa-mares
sucessivas, que ocorrem
quinzenalmente quando a
amplitude da maré é mínima
+ 1,50 m (ZH)
BMAV
Valores médios, tomados ao
longo do ano, das alturas da
água de baixa-mares
sucessivas, que ocorrem
quinzenalmente quando a
amplitude da maré é maior
+ 0,64 m (ZH)
BMMin
Altura de água mínima que se
prevê que possa ocorrer sob
condições meteorológicas
médias, tendo em conta todas
as combinações possíveis
astronómicas
+ 0,13 m (ZH)
30
A caracterização hidrodinâmica da área em estudo revelou que a velocidade da corrente atinge o
máximo de velocidade de 1,2m/s, com direcção paralela à margem.
Devido aos ventos gera-se uma agitação que, de acordo com estudos efectuados, poderá formar
ondas até uma altura de 1,1 m, na zona do Jardim do Tabaco, sob ventos de velocidade de 90 km/h.
[6]
3.3.3 Vizinhança
Na vizinhança da obra encontram-se, pouco distantes, edifícios de uso industrial e um poço de
ventilação do Metropolitano de Lisboa. Situação prevista na solução adoptada, já que a solução
deveria provocar o mínimo de impacto no normal funcionamento destas infra-estruturas, durante e
após a execução das fundações. [5]
3.3.4 Construtivas
Os cais primitivos apresentam uma estrutura constituída, genericamente, por:
• Pilares, de betão de cal hidráulica, se secção rectangular com 4,0mx5,6m a 4,0mx7,5m,
espaçados de 14m, com o topo à cota -2,0m (ZH) e fundados num prisma de enrocamento ou
directamente no “bed-rock”, quando este se encontra a cotas acima de -10,0m (ZH);
• Superstrutura de alvenaria, revestida a cantaria, apoiada sobre caixões metálicos, em
abóbada, que vencem o vão entre pilares, que suporta o aterro no tardoz;
• Prisma de enrocamento de suporte do terrapleno sob a superstrutura, entre os pilares;
• Prisma de enrocamento da base, fundado sobre o “bed-rock”, quando este se encontra a
cotas acima de -15,0m (ZH), ou numa vala dragada no lodo com o rasto a cotas variáveis. [6]
31
Figura 23 – Corte tipo dos cais primitivos na zona da Doca do Jardim do Tabaco [6]
A Doca do Jardim do Tabaco é delimitada por alguns elementos estruturais, tais como:
• Dois Molhes acostáveis dos dois lados, com 130 metros de comprimento o de montante e de
120 metros, o de jusante;
• Um Cais com 290 metros de comprimento no lado oposto da entrada, paralelo aos molhes;
• Duas retenções de talude com cerca de 56 metros de comprimento que limitam a Doca a
montante e a jusante. [1]
Nestes elementos foram encontradas as seguintes anomalias:
• Muro norte da Doca: embarrigamento para o lado do rio no troço P120m a P190m (P0m
corresponde ao limite jusante do muro); assentamento de 50cm.
• Molhe de montante: assentamentos na zona da cabeça que se estendem até
aproximadamente metade da sua extensão.
• Molhe de jusante: assentamentos na zona da cabeça que se estendem até aproximadamente
metade da sua extensão; descontinuidade do pavimento; fractura vertical no paramento
exterior. [6]
32
Figura 24 – Localização dos elementos com anomalias da Doca [2]
O cais existente sofreu intervenções para aumentar a sua capacidade de suporte, de forma a não
transmitir cargas à nova estrutura do Terminal de Cruzeiros de Santa Apolónia.
Esta nova estrutura será responsável por suportar os desníveis de terras existentes, já que as
retenções de montante e jusante tiveram intervenções mínimas.
Como não foi possível garantir a estanquidade das obras periféricas da doca, as paredes de
contenção têm um papel fundamental de suporte. [1]
3.3.5 Serviços afectados
Para garantir o normal funcionamento de quaisquer serviços enterrados, antes da obra foram
localizados esses serviços.
Do lado poente, entre os edifícios industriais e os muros da doca, existe uma conduta adutora
Φ1000mm.
Os muros delimitadores da doca apresentavam, em certas zonas, deformações apreciáveis; por isso,
a solução adoptada teria de provocar o mínimo de deformações ao longo e após a realização dos
trabalhos. [5]
3.3.6 Prazo de execução
A solução adoptada teve em consideração a execução dos trabalhos dentro dos prazos que
permitissem condições de segurança e de economia para a obra e para as infra-estruturas vizinhas.
33
3.4 Soluções Propostas e adoptadas
A intervenção feita na reabilitação deste espaço foi diferente em função da tipologia estrutural dos
diferentes elementos e da sua futura utilização.
3.4.1 Muros cais
Nos muros cais dos molhes da doca (jusante e montante) foram realizadas microestacas inclinadas
com Ф114,3x9mm, N80 + 1Gewi Ф32mm, seladas em colunas de JG de Ф1000mm de modo a
estabilizar a estrutura dos muros cais.
Figura 25 – Solução dos muros cais dos molhes da doca
A superestrutura do cais interior da doca deixa de suportar qualquer desnível de terras, pelo que a
solução adoptada foi apenas o corte do seu coroamento numa espessura de 2,0 m e o seu
preenchimento com aterro.
34
3.4.2 Fecho da doca
O fecho da doca foi feito com recurso a uma cortina de estacas prancha, apoiada numa estrutura de
betão armado, fundada em estacas. A estrutura formada por este conjunto acomoda o desnível de
impulsos de terras formado pelo aterro. Para minimização do afluxo de água ao interior do recinto da
doca foi feita, no alinhamento interior dos muros da doca, uma cortina de colunas de JG de
Ф1200mm//1,0m complementada com a colocação de um geotêxtil de separação, com 300gr/m2 de
gramagem, sobre o paramento interior do muro cais da frente da doca para minimizar a fuga de
material fino existente no aterro. [5]
Figura 26 – Cortina de estacas prancha – Fecho da doca
35
Figura 27 – Pormenor da cortina de estacas prancha
3.4.3 Fundação e tratamento dos solos da doca
Como solução de fundação e tratamento dos solos da Doca foram estudadas várias hipóteses; no
entanto a escolha por uma delas tinha que ter em conta a futura utilização do espaço e aspectos de
natureza construtiva.
Para a realização dos trabalhos em condições de segurança e previsibilidade considerou-se que era
muito importante utilizar uma plataforma de trabalho estável, com pouca, ou nenhuma, dependência
de meios marítimos e pouco afectada pela maré. [5]
Inicialmente estava prevista a realização de um parque de estacionamento em que o projecto de
estruturas e arquitectura estava definido. Posteriormente o dono de obra lançou um novo concurso
para o projecto arquitectónico do TCSA. No ínicio dos trabalhos de tratamento das fundações e solos
ainda o projecto do novo Terminal não era conhecido. Por isso a nova solução de tratamento de solos
teria que ser bastante flexível de modo a não por em causa o projecto de arquitectura e estruturas
dos pisos elevados.
36
As hipóteses estudadas para tratamento do terreno foram:
• Colunas de brita;
• Jet Grouting e
• Cutter Soil Mixing.
Com o primeiro método, as Colunas de Brita teriam Φ 0,95 m, altura variável em função da cota firme,
numa malha quadrada com 2 m de lado. [6]
Com estudo feito através de métodos analíticos verificou-se que devido à consolidação acelerada dos
lodos haveria necessidade de recalçamento da conduta da EPAL e de estruturas vizinhas, assim
como manutenção dos pavimentos existentes. Sendo um método de vibrosubstituição, houve também
a preocupação com a proximidade das estruturas do metropolitano de Lisboa (Linha Azul entre a
estação do Terreiro do Paço e a estação de Santa Apolónia e um poço de ventilação) da Doca. [1],
figura 28.
Figura 28 – Vista da proximidade da linha de metropolitano e de edificíos [15]
37
Para a técnica de jet grouting previu-se a construção de colunas de Jet Grouting de Ф1500mm,
dispostas em duas malhas desfazadas de 8,0x8,0m2, encastradas ao nível dos materiais aluvionares
arenosos, na transição para o Miocénico, transmitindo as cargas provenientes do peso próprio do
aterro e sobrecargas de utilização, principalmente por atrito lateral. Quando a transição dos lodos
para o Miocénico se dá de maneira brusca, as colunas deveriam ter uma entrega mínima de 1,0m
neste substrato. [5] O comprimento total médio das colunas é 24,0m.
Figura 29 – Localização das colunas de JG
Figura 30 – Corte transversal tipo da solução
38
Figura 31 – Máquina de injecção – Jet Grouting
As colunas de JG devem garantir:
• Resistência à compressão simples, aos 28 dias: 3,7MPa (valor de rotura);
• Módulo de deformabilidade, aos 28 dias, quando submetidas a cargas axiais de compressão
de serviço: 0,5Gpa (valor médio). [5]
A plataforma de trabalho provisória foi constituída por duas geogrelhas biaxiais do tipo SS20G sob
camada de material granular, de 40cm de espessura miníma; sobre esta camada de material granular
colocou-se uma segunda geogrelha biaxial do tipo SS20 e uma segunda camada de material
granular, de 60cm de espessura miníma. [1]
39
Figura 32 – Colocação de geogrelhas e trabalhos de JG
As geogrelhas devem respeitar as seguintes propriedades:
• Geogrelha SS20G biaxial, ou equivalente, em polipropileno:
• Tult = 20,0kN/m (transversal/longitudinal);
• T 2% eu = 7,0 kN/m (transversal/longitudinal);
• T 5% eu = 14,0 kN/m (transversal/longitudinal);
• Geotêxtil de separação com 130 gr/m2;
• Geogrelha SS20 biaxial, ou equivalente, em polipropileno:
• Tult = 20,0kN/m (transversal/longitudinal);
• T 2% eu = 7,0 kN/m (transversal/longitudinal);
• T 5% eu = 14,0 kN/m (transversal/longitudinal). [5]
40
O projecto do tratamento efectuado através de painéis de solo-cimento, de acordo com a metodologia
CSM, previa a construção de painéis com secção 2,4x0,5 m2, numa malha de 3,4x3,4 m
2, com um
comprimento total compatível com a transmissão ao terreno de 1,1MPa de tensão de compressão,
para cargas de serviço. Estes painéis seriam capazes de transmitir ao Miocénico as cargas
provenientes do peso próprio do aterro e sobrecargas de utilização. [14] O comprimento total médio
dos painéis de CSM é de 20,0 m.
Figura 33 – Localização dos painéis de CSM
Figura 34 – Corte transversal tipo da solução
42
Os painéis de CSM devem garantir:
• Resistência à compressão simples: 1,7MPa (valor de rotura);
• Módulo de deformabilidade, quando submetidos a cargas axiais de compressão em serviço:
0,5GPa (valor médio).
A plataforma de trabalho provisória é a mesma que a descrita anteriormente para o caso do JG. O
atravessamento pontual da plataforma pelos elementos de fundação não condiciona o seu
funcionamento, e podem até ter a função de reforço da plataforma.
Foram feitas colunas teste de JG e painéis teste de CSM para se realizarem ensaios de campo e de
laboratório, e apesar dos bons resultados alcançados para as duas técnicas, o dono de obra optou
pelas colunas de JG como tratamento de solos a utilizar.
Para acomodar as cargas provenientes da nova estrutura do Terminal previu-se a construção de
microestacas tubulares, em aço N80 – API5A Φ244,5×16,0 + 1Φ50 mm (A500/A550), fundadas nas
colunas de Jet Grouting que se encontrassem no alinhamento dos pilares estruturais da nova
estrutura. [5] No caso dos painéis de CSM estes deveriam dispor de uma armadura de secção de aço
equivalente à das microestacas utilizadas no caso do JG.
3.5 Plano de Instrumentação e Observação
3.5.1 Generalidades
É de particular importância um bom Plano de Instrumentação e Observação em qualquer obra.
Através deste é possível prevenir e gerir os riscos de acidentes e garantir condições de segurança e
de economia nos trabalhos.
Além das razões acima citadas, neste caso, ainda é importante analisar o comportamento das
infraestruturas vizinhas durante e após a execução da obra.
Assim, propôs-se um Plano de Instrumentação e Observação que tivesse em consideração todos
estes aspectos, principalmente os mais condicionantes, pois poderiam vir a afectar a intervenção. A
quantificação dos riscos directamente relacionados com os trabalhos foi possível devido à análise
destes condicionamentos. [5]
43
3.5.2 Grandezas a medir e meios para medição
No Plano de Instrumentação e Observação foram contempladas as medições de:
• deslocamentos horizontais e verticais das estruturas e infraestruturas vizinhas, através de
alvos topográficos;
• deslocamentos verticais do muro cais e das zonas existentes a tardoz do muro cais, através
de marcas topográficas;
• deslocamentos horizontais no interior do maciço a conter, através de inclinómetros;
• assentamentos verticais da base do aterro a executar, através de marcas topográficas;
• carga instalada nas colunas de Jet Grouting, através de células de pressão;
• extensão nas geogrelhas da plataforma de transferência de carga, através de extensómetros.
A localização e o número dos instrumentos de medida foi estudado antes da obra e reformulado no
decorrer desta, visto ser necessário ter em consideração o comportamento das estruturas e a
evolução dos trabalhos. [5]
3.5.3 Características dos aparelhos
Alvos topográficos:
Estes aparelhos foram instalados colocados em placas metálicas planas que foram posteriormente
fixados às estruturas por colagem e/ou selagem. A orientação destes alvos foi corrigida de modo a
facilitar a sua leitura pelos equipamentos topográficos, diminuindo assim o erro de leitura. As
medições trigonométricas absolutas sem contacto de convergências e deformações previstas foram
realizadas utilizando uma estação total com hardware e software indicados para este efeito. Nas
campanhas de medição efectuaram-se leituras de ângulos e distâncias para alvos instalados nos
elementos cujos deslocamentos se pretendia determinar. Para apoio às leituras existiam pontos de
referência localizados em zonas fora da área de influência da obra.
Marcas topográficas:
Para medições de deslocamentos verticais à superfície do terreno foram fundadas a uma
profundidade máxima de 1,0m, possuindo no topo um suporte de mira protegido com uma tampa. Os
nivelamentos superficiais das marcas foram realizados utilizando um nível de precisão com lâminas
de faces paralelas e mira de invar. As cotas foram referenciadas a pontos fixos ou a pontos
44
suficientemente afastados da obra passíveis de serem considerados fixos. Considerou-se um erro
associado à leitura das marcas de +0,5mm.
Inclinómetros:
Foram instaladas calhas inclinométricas para medição dos deslocamentos horizontais do maciço a
conter e da fundação do muro cais. A selagem do ponto fixo na base do instrumento foi feita a uma
profundidade tal que não fosse influenciada pelos trabalhos em execução ou por movimentos
deformocionais das estruturas e dos terrenos adjacentes ao objecto de observação; admitiu-se que
esta profundidade seria de, no mínimo, 5,0m no substrato Miocénico competente. O erro de cálculo
da deflexão estimado no topo da calha inclinométrica é de 1mm por cada 5,0m de tubo de calha.
Células de pressão:
Para leitura da carga transmitida às colunas de Jet Grouting foram instaladas células de pressão no
coroamento das colunas. Estas células são de leitura remota e permitiram monitorizar a carga
instalada e da sua evolução com o crescimento do aterro.
Extensómetros:
A extensão das geogrelhas foi medida pelo transdutor eléctrico que está ligado à corda vibrante do
extensómetro, que devido à sua fragilidade e exposição aos trabalhos de terraplanagem foram
colocados sob uma chapa de protecção. [5]
3.5.4 Frequência de leituras
Dadas as características da obra, durante a execução dos trabalhos, os aparelhos foram lidos uma
vez por semana.
A entrega dos resultados das leituras, depois de analisados, interpretados e apresentados
graficamente, foi feita aos técnicos responsáveis com um intervalo de tempo não superior a dois dias,
em relação às respectivas leituras. [5]
3.5.5 Critérios de alerta e alarme
Tendo por base o tipo de solução, a geologia local e ainda o facto do nível freático oscilar
bidimensionalmente, tomaram-se os seguintes critérios de alerta e alarme:
45
Quadro 4 – Critérios de Alerta
Elemento Muro cais Edifícios vizinhos Aterro
Deslocamentos horizontais [mm] 100 40 -
Deslocamentos verticais [mm] 50 40 80
Quadro 5 – Critérios de Alarme
Elemento Muro cais Edifícios vizinhos Aterro
Deslocamentos horizontais [mm] 140 60 -
Deslocamentos verticais [mm] 70 60 120
A interpretação dos valores foi realizada de forma comparativa com a dos valores obtidos nas leituras
anteriores, pois é também importante a análise das tendências da respectiva evolução. [5][14]
3.5.6 Medidas de reforço
Quando atingidos os valores definidos para os critérios de alerta e de alarme seria necessário tomar
medidas de reforço, analisadas individualmente, dependendo das patologias.
A título indicativo serão apresentadas algumas medidas de reforço:
• Reforço dos elementos de fundação do aterro, através da realização de colunas adicionais ou
aumento da sua secção;
• Aumento do comprimento de encastramento das colunas no substrato competente;
• Tratamento dos terrenos a tardoz e na fundação dos muros existentes;
• Recalçamento das estruturas e infra-estruturas vizinhas. [5]
Na realidade houve necessidade de tomar medidas de reforço nas colunas de Jet Grouting de
Ф1200mm do fecho da doca. Ocorreu uma rotura localizada de algumas dessas colunas devido ao
fluxo provocado pelo escoamento da água e dos lodos através das locas. A solução para reparar esta
rotura passou pela realização de uma segunda cortina de JG de Ф1200mm//1,0m.
3.5.7 Resultados da instrumentação
Com os valores provenientes da instrumentação utilizada e depois dos dados analisados pôde-se
concluir que os deslocamentos horizontais e verticais medidos foram significativos, mas na ordem de
grandeza esperada.
46
Com o Jet Grouting houve uma consolidação ligeira dos lodos com valores de assentamentos de
cerca de 0,30m. [1]
Todos os valores dos deslocamentos, além de estarem na ordem de grandeza esperada, foram
estabilizando ao longo da execução da obra.
47
4. Análise e Modelação
4.1 Descrição do software de modelação por Plaxis
Dos vários métodos de análise de solos, o método dos elementos finitos destaca-se pela sua
versatilidade na análise do comportamento solo-estrutura. Este método permite um modelo realista
da estrutura, fundações e solo, preservando a geometria das estruturas e estratos de solos.
Plaxis (Finit Element Code for Soil and Rock Analyses, Versão 8) é um programa de elementos finitos
para análise de problemas de tensão, deformação e de estabilidade em solos e rochas. Foi
desenvolvido para resoluções de problemas geotécnicos pela Technical University of Delft, na
Holanda. Em 1993 a empresa comercial Plaxis desenvolveu o programa como ferramenta para ser
utilizada por engenheiros geotécnicos, o que resultou num software bastante simples de manipular,
mas com algumas limitações de acessos a bases de dados, por exemplo: arquivos de entradas de
dados e resultados intermédios. Nesta versão já é permitido ao utilizador introduzir relações
constitutivas escolhidas por ele, porém já vêm implementadas no software algumas leis constitutivas.
Neste trabalho utilizou-se o modelo Mohr-Coulomb para os enrocamentos e paredes dos molhes da
doca e o modelo Hardening Soil para os diferentes solos. [9]
O modelo HS deriva do modelo MC (modelo elástico-perfeitamente plástico com superficie de
cedência fixa), mas que se baseia na teoria da plasticidade com superfície de cedência não fixa e
utiliza três módulos de deformabilidade na definição para cada solo, o módulo E50, o módulo de
descarga-recarga, Eur, e o modulo edométrico, Eoed. Este modelo tem em consideração o aumento da
rigidez em profundidade com o aumento da pressão, devido à dependência da tensão com o módulo
de rigidez. [4]
Os parâmetros do solo introduzidos nestes modelos do programa Plaxis estão apresentados nos
quadros seguintes.
Quadro 6 – Parâmetros do modelo constitutivo MC
Parâmetro Unidades
γh Peso volúmico seco kN/m3 γsat Peso volúmico saturado kN/m3
c’ Coesão efectiva kPa
Φ’ Ângulo de resistência ao corte efectivo °
Ψ Ângulo de dilatância °
Eref Módulo de deformabilidade para uma tensão de
referência Pref kPa
ν Coeficiente de Poisson -
48
Quadro 7 – Parâmetros do modelo constitutivo HS
Parâmetro Unidades
γh Peso volúmico seco kN/m3 γsat Peso volúmico saturado kN/m3
c’ Coesão efectiva kPa
Φ’ Ângulo de resistência ao corte efectivo °
Ψ Ângulo de dilatância °
E50ref
Módulo de deformabilidade secante em estado triaxial
(correspondente a 50% da tensão de rotura) para uma
tensão de referência Pref (0,9 Eref)
kPa
Eoedref
Módulo de deformabilidade edométrico tangente para
tensão vertical para uma tensão de referência kPa
m
Expoente da lei de potência que expressa a
dependência da rigidez em relação ao nível de tensão
(0,5)
-
Eurref
Módulo de deformabilidade na descarga/recarga em
estado triaxial, para uma tensão de referência (3 E50ref)
kPa
νur Coeficiente de Poisson na descarga/recarga (0,2) -
Pref Tensão de referência (100 kPa) kPa
K0 Coeficiente de impulso em repouso (1-sin φ’) -
Rf
Quociente de rotura que relaciona a tensão deviatórica
na rotura com a assimptota da hipérbole que traduz a
tensão-deformação (0,9)
-
As colunas de JG e os painéis de CSM foram definidos através do elemento Plate, com
comportamento elástico e com os devidos valores por metro linear de desenvolvimento da doca de
rigidez axial (EA), de rigidez de flexão (EI) e de peso (w).
A plataforma de transferência de carga foi modelada através de uma geogrelha (geogrid) com
comportamento elástico e de uma camada de material granular obedecendo ao critério de MC.
49
4.2 Definição geral do modelo de cálculo
O programa Plaxis está dividido em quatro sub-programas: input (entrada de dados), calculation
(cálculos), output (resultados) e curves (edição de curvas).
4.2.1 Geometria no software plaxis
A geometria do modelo é feita no sub-programa Input, assim como a disposição dos elementos,
propriedades dos diferentes materiais, modelo de comportamento dos materiais e condições de
fronteira.
O modelo pode ser de deformação plana, geometria bidimensional, e axissimétrico, quando tem
secção radial uniforme.
A malha é gerada automaticamente, através de elementos triangulares isoparamétricos de seis ou
quinze nós. Quantos mais nós mais elementos triangulares terá a malha, a interpolação será de
ordem superior e a integração envolverá mais pontos de Gauss. Nestes métodos a precisão dos
resultados depende muito da malha, malhas mais refinadas (com mais elementos triângulares)
tendem a resultados mais precisos, por isso existe a possibilidade de efectuar um refinamento na
malha em locais de mais interesse.
A interação solo-estrutura também pode ser definida escolhendo um valor para o factor de redução de
resistência da interface (Rinter), que relaciona a resistência da inetrface (atrito na parede e coesão) e a
resistência do solo (ângulo de atrito e coesão).
As condições de fronteira também se definem nesta fase e é comum adoptar apoios fixos na base e
apoios móveis (permitindo deslocamentos verticais) nas laterais.
O Output fornece os deslocamentos nos nós e as tensões e deformações nos pontos de Gauss para
cada etapa de cálculo. [10]
Para as análises deste trabalho foi considerada uma geometria com 110,0 m de largura e 35,0 m de
profundidade. Foram adoptadas dimensões suficientes para que ocorressem deformações reduzidas
nos limites. A malha utilizada foi de 15 nós, tendo sido refinada junto aos elementos estruturais.
Os valores de rigidez à flexão, de rigidez axial e de peso dos elementos de JG e de CSM foram
calculados a partir das equações e metodologia seguintes.
Jet Grouting:
(1)
50
(2)
Em que A é a área da secção transversal, I o momento de inércia e r o raio da secção.
Para modelar o posicionamento discreto das colunas de JG, os valores dos parâmetros introduzidos
no programa foram divididos pelo espaçamento médio de colunas.
(3)
(4)
(5)
Figura 37 – Área de influência das colunas de JG
Cutter Soil Mixing:
(6)
(7) (8)
51
Em que a e b são as dimensões da secção do painel. Como o momento de inércia é diferente para
cada uma das direcções e num mesmo alinhamento este muda de painel em painel, fez-se uma
média dos dois e depois aplicaram-se as equações (3), (4) e (5) para alcançar os valores que
entraram no programa.
Figura 38 – Área de influência dos painéis de CSM
Nos quadros seguintes estão os valores utilizados nos programas para os diferentes materiais:
Quadro 8 – Valores dos parâmetros do modelo MC
Material Riprap Walls Granular material from LTP
Type Undrained Undrained Drained
γh (kN/m3) 19 22 17
γsat (kN/m3) 20 23 18
Eref
(MPa) 80 100 60
ν 0,2 0,18 0,25
cref
(kPa) - - 0,1
Φ’ (°) 36 45 35
Ψ (°) 6 15 5
52
Quadro 9 – Valores dos parâmetros do modelo HS
Material Landfill Sandy silt Clayey silt Miocene
Type Drained Undrained Undrained Undrained
γh (kN/m3) 18 17 16 18
γsat (kN/m3) 19 18 17 19
E50ref
(MPa) 12 3 0,5 60
Eoedref
(MPa) 10,8 2,7 0,45 54
Eurref
(MPa) 36 9 1,5 18
K0 0,426 0,577 0,674 0,5
cref
(kPa) 0,1 - - -
Φ’ (°) 35 25 19 30
Ψ (°) 5 0 0 0
Quadro 10 – Valores dos parâmetros das colunas de JG
Material Jet Grouting
r (m) 0,75
A (m2) 1,77
I (m4) 0,249
E (MPa) 390
EA (kN/m) 114900
EI (kNm2/m) 16150
w (kN/m/m) 5,89
ν 0,15
Spacing of columns (m) 6
53
Quadro 11 – Valores dos parâmetros dos painéis de CSM
Material Cutter Soil Mixing
a (m) 2,4
b (m) 0,5
A (m2) 1,2
Ix (m4) 0,025
Iy (m4) 0,576
E (MPa) 390
EA (kN/m) 137600
EI (kNm2/m) 34470
w (kN/m/m) 7,059
ν 0,15
Spacing of panels (m) 3,4
A geogrelha foi tratada como um material de comportamento elástico e com rigidez axial,
EA=1000kN/m.
4.2.2 Etapas de cálculo
Após a introdução dos valores dos parâmetros e depois de deifinida a geometria é gerada a malha de
elementos finitos e, de acordo com estas definições e tendo em conta o nível freático (+0,60m (ZH)),
o programa calcula as tensões efectivas iniciais.
As etapas de cálculo do programa é o utilizador que as define e foram escolhidas as diferentes fases
construtivas para cada etapa de cálculo, para se poder também avaliar a obra em diferentes estágios
de construção.
Na análise feita neste trabalho foram escolhidas as seguintes etapas de cálculo:
• Etapa 1: colocação de material de aterro até à cota +1,95m (ZH), figura 41;
• Etapa 2: materialização da PTC, constituída por geogrelhas e material granular, figura 43;
• Etapa 3: realização das colunas de JG, figura 45 / painéis de CSM, figura 47;
• Etapa 4: colocação de material de aterro até à cota +5,70m (ZH), figura 49.
54
As microestacas de recalçamento do muro não foram tidas em conta no desenho do modelo pois elas
foram realizadas com o intuito de estabilização do muro depois de carregado com as cargas
provenientes do aterro final, não interferindo no objecto em estudo de tratamento dos solos da doca.
55
Figura 39 – Corte transversal da doca com indicação do nível freático
Figura 40 – Vista da doca do Jardim do Tabaco antes dos trabalhos de tratamento e aterro
56
Figura 41 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 1 de cálculo
Figura 42 – Trabalhos de terraplanagens correspondentes à etapa 1 [1]
57
Figura 43 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 2 de cálculo
Figura 44 – Visualização das geogrelhas e material granular que formam a PTC [18]
58
Figura 45 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 3 de cálculo (JG)
Figura 46 – Máquina de injecção nos trabalhos correspondentes à etapa 3 (JG) [1]
59
Figura 47 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 3 de cálculo (CSM)
Figura 48 - Máquina de CSM nos trabalhos correspondentes à etapa 3 (CSM) [16]
60
Figura 49 – Corte transversal da doca correspondente à etapa 4 de cálculo
Figura 50 – Trabalhos de terraplanagens correspondentes à etapa 4 [1]
61
4.2.3 Pontos seleccionados para análise
O Output fornece os deslocamentos nos nós e as tensões e deformações nos pontos de Gauss para
cada etapa de cálculo, resultados que podem ser visualizados em forma gráfica ou em forma de
tabela. [9]
Os pontos seleccionados na análise foram os correspondentes a locais onde estavam instalados os
inclinómetros, pois seria mais simples a comparação do modelo com os resultados desta
instrumentação e porque interessava saber qual o deslocamento num ponto médio dentro da doca,
igualmente afastado dos muros desta.
4.3 Resultados
Nas figuras 51 e 52 apresenta-se a malha de elementos finitos com a configuração da deformada final
estimada, do tratamento dos solos da doca com JG e com CSM, do muro norte da doca e dos seus
molhes, após a conclusão de todo o processo construtivo.
A análise comparativa de painéis em Cutter Soil Mixing foi feita em relação ao Jet Grouting, pois
como não foi o método escolhido pelo dono de obra, não existe instrumentação com registo de
valores para comparação.
Nas figuras 53 e 54, mostram-se os pontos de plastificação de cada um dos modelos.
As tensões totais são apresentadas nas figuras 55 e 56, sendo as tensões máximas encontradas na
transição para o miocénico, com valores: σJG = - 525.37 kN/m2 e σCSM = - 554.96 kN/m
2.
Os deslocamentos verticais obtidos pelo programa reflectem um máximo de 0,23 m, para o JG na
zona interior da doca mais chegada aos molhes, figura 57. Os valores máximos registados pelos
alvos topográficos colocados em obra também foram nesta zona, porém foram registados valores
superiores, na ordem dos 0,30 m. [1] Esta discrepância de valores pode justificar-se por
aproximações feitas dos valores de input do programa, pois para um modelo que traduzisse a
realidade dos valores de deslocamentos chegavasse a valores de parâmetros geológicos não
realistas. De qualquer modo estão dentro dos valores preconizados em projecto e muito inferiores aos
critérios impostos de alerta ou alarme. Os deslocamentos máximos verticais obtidos para o CSM
foram de 0,25 m, na zona encostada ao muro norte da doca, figura 58. Na zona do interior da doca
onde no JG se tinham verificado os maiores deslocamentos verticais, com a técnica do CSM
continuam a verificar-se deslocamentos muito similares.
62
As figuras 59 e 60 são diagramas de colunas de JG representando o seu deslocamento vertical e o
esforço axial, em profundidade, instalado na coluna no final dos trabalhos de aterro. A coluna
localizada no local onde se verificaram os maiores deslocamentos apresenta os valores: δvmax
= - 0,17
m e Nmax
= - 246,12 kN/m.
Nas figuras 61 a 64 apresentam-se os mesmos diagramas no caso dos painéis de CSM. Apresentam-
se para o lado esquerdo da doca (δvmax
= - 0,22 m e Nmax
= - 83,40 kN/m) e para o lado direito (δvmax
= -
0,19 m e Nmax
= - 151,91 kN/m), pois dos dois lados se verificaram os maiores assentamentos.
As figuras 65 e 66 mostram os diagramas de esforços normais apresentados pelas geogrelhas nos
dois modelos. NJGmax
= 8,44 kN/m e NCSMmax
= 27,30 kN/m.
63
Figura 51 – Configuração da deformada no final do processo construtivo de JG (deformada aumentada 10x com a escala em metros)
Figura 52 - Configuração da deformada no final do processo construtivo de CSM (deformada aumentada 10x com a escala em metros)
64
Figura 53 – Pontos de plastificação do modelo de JG
Figura 54 – Pontos de plastificação do modelo de CSM
66
Figura 57 – Deslocamentos verticais no final do processo construtivo de JG
Figura 58 – Deslocamentos verticais no final do processo construtivo de CSM
67
Figura 59 – Diagrama de deslocamentos verticais da
coluna de JG (δvmax
=-0.17m)
Figura 60 – Diagrama de esforços axiais da coluna de JG
(Nmax
= -246.13kN/m)
Figura 61 – Diagrama de
deslocamentos verticais
da painel de CSM (lado
esquerdo: δvmax
=-0.22m)
Figura 62 – Diagrama de
esforços axiais da
coluna de CSM (lado
esq.: Nmax
= -83.40kN/m)
Figura 63 – Diagrama de
deslocamentos verticais
da painel de CSM (lado
direito: δvmax
=-0.19m)
Figura 64 – Diagrama de
esforços axiais da coluna de
CSM (lado direito: Nmax
= -
151.91kN/m)
68
Figura 65 – Diagrama de esforços axiais da geogrelha no modelo de JG (Nmax
= 8.44kN/m)
Figura 66 – Diagrama de esforços axiais da geogrelha no modelo de CSM (Nmax
= 27.30kN/m)
4.4 Comparação de resultados
Como se disse no capítulo anterior, os deslocamentos máximos dados pelo software de análise vão
de encontro aos deslocamentos verificados em obra por meio de instrumentação adequada. Os
deslocamentos verificados, no modelo de CSM, junto ao muro interior da doca podem ser explicados
pelo pouco comprimento dos painéis (entre 7,0 m e 10,0 m) justificado pelo enrocamento existente do
muro. No caso do JG as colunas têm comprimentos semelhantes às restantes colunas do interior da
doca.
Além de todas as diferenças entre as duas técnicas, mencionadas no capítulo 2, ainda há a diferença
de custos associada ao material necessário, particularmente a quantidade de colunas/painéis, que
numa obra desta dimensão é a parte condicionante. O custo associado a cada metro linear de
colunas de JG com ϕ1500mm é de 200€/m e a cada metro linear de painéis CSM com 2,4x0,5m2 é de
120€/m.
A estimativa de colunas de JG necessárias ao tratamento de solos da doca foi de 11.200 m lineares.
Quanto a painéis de CSM foi de 20.000m lineares.
69
(9)
(10)
Após análise das duas soluções verifica-se que para este caso são teoricamente compativeis, foi
escolhida a técnica Jet Grouting para a realização do tratamento de solos da doca, como se disse
anteriormente.
Como se referiu no início deste trabalho, a solução não poderia por em causa o projeto do novo
TCSA e, a escolha de colunas de Jet Grouting, possibilitou o projecto de inclusão de microestacas
nas colunas fortemente solicitadas por cargas do novo TCSA.
Para a realização do estudo das cargas passíveis de serem impostas às colunas de JG foram
acompanhados os ensaios de carga realizados a algumas colunas de Jet Grouting, cujos resultados
se apresentam nos anexo 1 e 2.
Os programas de ensaios foram feitos pela empresa JetSJ e as colunas de JG são responsabilidade
da empresa Hagen.
Os ensaios de carga vertical serviram para verificar as deformações verticais das colunas de JG
armadas com microestacas, para avaliar as tensões mobilizáveis ao longo da coluna e a sua
capacidade de carga. [8]
Com os ensaios de carga horizontal consegue-se avaliar as deformações horizontais das colunas de
JG armadas com microestacas e a sua capacidade de carga horizontal, quando solicitadas por uma
força horizontal no seu coroamento. [28]
As colunas de jet grouting ensaiadas tinham Ф1500 mm e comprimentos totais que permitem um
encastramento mínimo de 3,0 m nos lodos arenosos, com resistência de ponta equivalente a qc > 5,0
MPa.
Estas colunas foram integralmente caroteadas e armadas com tubo de microestaca em aço N80
Ф177,0×25,0 mm, armado interiormente nos 6,0 m superiores com um varão tipo GEWI Ф50 mm ou
equivalente, selados através de injecção de preenchimento, interior e exterior, ao tubo da
microestaca.
Os maciços de encabeçamento, em betão armado, de cada uma das colunas permitiram a amarração
das microestacas e a aplicação das cargas previstas nos programas de ensaios estabelecidos. [28]
70
O ensaio de carga vertical fez-se com uma carga axial de compressão de 6000 kN, aplicada ao
coroamento da coluna de JG. Este valor de carga representa cerca do dobro do seu valor de serviço.
Figura 67 – Vista geral do sistema de ensaio
Através de instrumentação utilizada nos ensaios obtiveram-se os valores da carga instalada nas
colunas e seus deslocamentos. Os resultados são apresentados no anexo1.
A degradação da carga aplicada à cabeça do conjunto “Coluna+Microestaca” foi estimada a partir dos
encurtamentos verificados e algumas características das microestacas e das colunas de JG. Nesta
análise a degradação da carga axial do conjunto “Coluna+Microestaca” foi considerada linear.
71
Figura 68 – Deslocamentos relativos registados nos diversos patamares de carga [8]
Pode verificar-se que os deslocamentos plásticos para a carga de serviço são reduzidos, da ordem
dos 10 mm, muito inferiores aos assentamentos elásticos, o que revela um comportamento
predominantemente elástico, coincidente com o definido na análise numérica efectuada neste
trabalho.
Figura 69 – Degradação da Carga Vertical em profundidade [8]
72
É visível no gráfico acima o fenómeno de perda de carga por atrito lateral do conjunto
“Coluna+Microestaca”. O valor total desta perda de carga é significativo face ao diâmetro da coluna,
mas é também correspondente a valores de tensão tangencial de atrito coluna-solo baixos, já
previstos dadas as características geológicas das camadas atravessadas pelas colunas. Os valores
de tensão coluna-solo, obtidos através do diâmetro da coluna de Jet Grouting, são da ordem dos 20 a
30 kPa.
No gráfico também se pode verificar que cerca de 20 a 30% da carga aplicada à cabeça da coluna é
transmitida por ponta ao solo.
A inflexão que se deu ao nível do comprimento de selagem, deve-se ao facto de nesta zona só existir
microestaca, havendo uma redução da rigidez axial do conjunto. [8]
No ensaio de carga horizontal aplicou-se uma carga com o valor máximo estimado de 6000 kN, que
representa cerca de 15% da carga vertical de dimensionamento estimada. [28]
Figura 70 – Sistema de reacção adicional adoptado na repetição do ensaio [28]
73
Figura 71 – Vista do macaco hidráulico [28]
Tal como para os ensaios verticais, nos ensaios horizontais também se obtiveram resultados através
da instrumentação escolhida. Os resultados são apresentados no anexo 2.
Através da relação dos deslocamentos horizontais na cabeça da coluna com a carga aplicada, é
possível determinar (para cada patamar) uma rigidez horizontal equivalente da cabeça da coluna.
Figura 72 – Carga / Deslocamento no topo da coluna [28]
74
Os resultados e conclusões dos ensaios permitiram verificar a capacidade de carga do conjunto
“Coluna+Microestaca” como fundações do futuro TCSA, cujo projecto já está elaborado e nele os
pilares têm afastamento de 8,0 m e são circulares de ϕ80 cm. Solução perfeitamente compatível com
as colunas de Jet Grouting armadas com tubos de Microestacas. [29]
75
5. Considerações Finais
5.1 Conclusões
Como se viu no caso em estudo, é importante o conhecimento cada vez mais completo de várias
técnicas de tratamento de solos, devido às pobres características dos solos disponíveis para
construção, ou até as características do espaço onde se encontram.
Neste trabalho procurou-se fazer a comparação entre duas técnicas cada vez mais recorrentes: Jet
Grouting e Cutter Soil Mixing. Falou-se também numa outra hipótese estudada, as Colunas de Brita,
que foi posta de parte pois provocaria assentamentos profundos ao longo do tempo devido à
consolidação dos lodos, e poderia afectar as estruturas e infraestruturas vizinhas.
O caso de estudo que serviu de apoio a esta comparação foi a reabilitação e reforço do cais entre
Santa Apolónia e o Jardim do Tabaco, em que a obra e seu acompanhamento foram já objecto de
análise num outro trabalho, Técnica de tratamento de solos – Jet grouting, acompanhamento de um
caso real de estudo – Cais de Santa Apolónia e Jardim do Tabaco”. Neste trabalho utilizaram-se os
resultados retirados dos ensaios feitos a colunas de Jet Grouting e a painéis de solo-cimento feitos
com a tecnologia de Cutter Soil Mixing, para se fazer uma análise numérica das duas técnicas.
Fizeram-se painéis teste de CSM de modo a aferir a geometria e aspecto e para recolha de amostras
para ensaios laboratoriais, para determinação de parâmetros resistentes e de deformabilidade do
material resultante. No caso das colunas de JG também foram feitas colunas teste para realização de
ensaios laboratoriais e posteriormente ensaios de carga, para conferir a capacidade de carga e qual a
degradação em profundidade.
Além dos ensaios feitos outra base importante para percepção em obra das patologias da construção
das colunas/painéis é a instrumentação, tanto de softwares das máquinas de execução como
instrumentação adequada localizada em pontos chave da obra.
Comparando as duas técnicas verificou-se que ambas as tecnologias apresentaram comportamentos
muito favoráveis à execução e como resposta de tratamento dos solos da doca, tendo em conta os
objectivos pretendidos à data de execução.
76
5.2 Trabalhos Futuros
O desenvolvimento destas técnicas é bastante importante e depende do melhoramento dos softwares
das máquinas de execução, da instrumentação instalada e do conhecimento e experiência dos
técnicos envolvidos.
A modelação numérica é muito importante e neste campo também poderá haver desenvolvimentos
nos softwares que servem de base a estas análises. Porém precisa de uma análise critica aos seus
resultados para melhor se entender os comportamentos das estruturas assim modeladas.
É importante o estudo de soluções alternativas para melhor conhecimento das técnicas e para
escolha daquela que mais se adequa a cada caso.
No caso em estudo neste trabalho, o tratamento do solo feito através de Colunas de Brita além de
provocar deformações e esforços não desprezáveis nas estruturas vizinhas, também provocaria
assentamentos muito grandes quando comparados com os assentamentos provocados por outras
técnicas.
O tratamento dos solos através de painéis CSM seria uma escolha interessante, em termos técnicos
e económicos, apenas ficando a faltar o projecto da solução de inclusão no projecto do novo TCSA.
O novo projecto do TCSA permitiu a inclusão das colunas de JG, desde que armadas com
microestacas, como fundações do edifício.
Teria sido interessante ter-se planeado com antecedência os vários projectos de forma à sua
compatibilização, para evitar construir uma solução de tratamento de solos, destruir parte dessa
solução para voltar a construir as fundações do TCSA.
77
Bibliografia
[1] – RIBEIRO, Ana, Técnica de tratamento de solos – Jet Grouting, Acompanhamento de um caso
real de estudo – Cais de Santa Apolónia e Jardim do Tabaco, Tese de Mestrado, Lisboa: UL/IST,
2010.
[2] – maps.google.pt. [2.Março.2012]
[3] – http://www.publico.pt/Cultura/arquitecto-carrilho-da-graca-vence-concurso-para-novo-terminal-
de-cruzeiros-de-lisboa_1449528 [23.Agosto.2011]
[4] – Material Manual Plaxis V8, Manual dos modelos constitutivos do Plaxis.
[5] – PINTO, Alexandre, TOMÁSIO, Rui, Empreitada de “Reabilitação e Reforço dos Cais entre Santa
Apolónia e o Jardim do Tabaco – 2ª fase”, Aterro da Doca, Memória descritiva e justificativa, Lisboa,
Novembro de 2009.
[6] – STA, WW, Empreitada de “Reabilitação e Reforço dos Cais entre Santa Apolónia e o Jardim do
Tabaco – 2ª Fase”, Volume 3 – Projecto, Tomo 1 – Memória Descritiva, Janeiro de 2008.
[7] – http://www.cm-lisboa.pt/?idc=88&idi=57489 [5.Março.2012]
[8] – PINTO, Alexandre, TOMÁSIO, Rui, Análise Final dos Ensaios de Carga Vertical de Compressão
de uma Coluna de Jet Grouting de Fundação, Lisboa, Março de 2011.
[9] – Tuturial Manual Plaxis V8, manual explicativo da utilização do Plaxis.
[10] – Manual de Referência Plaxis V8, manual explicativo da utilização do Plaxis.
[11] – CONTENTE, Rita, Aplicação da tecnologia de Cutter Soil Mixing em estruturas de contenção,
Tese de Mestrado, Lisboa: UL/IST, 2012.
[12] – https://www.google.pt/search?q=csm&espv=2&biw=1366&bih=643&site=webhp&source=lnms&
tbm=isch&sa=X&ei=9zJRVZq4JcP4UMb4gYAB&ved=0CAYQ_AUoAQ#tbm=isch&q=cutter+soil+mixin
g [12.Maio.2015]
[13] – https://www.google.pt/search?q=rodas+de+corte+de+cutter+soil+mixing&espv=2&biw=1366&
bih=643&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=DUdaVeLBYmAU4OOgOAO&ved=0CB4QsAQ#tb
m=isch&q=jet+grouting+machine&imgrc=V7t0UOjJ8sM44M%253A%3BVkigMVEvy_htrM%3Bhttp%25
3A%252F%252Fen.alteminsaat.net%252Fimg%252F17.JPG%3Bhttp%253A%252F%252Fen.altemin
saat.net%252Fjet.html%3B600%3B440 [18.Maio.2015]
78
[14] – PINTO, Alexandre, TOMÁSIO, Rui, Empreitada de “Reabilitação e Reforço dos Cais entre
Santa Apolónia e o Jardim do Tabaco – 2ª Fase”, Aterro da doca, solução alternativa em painéis de
solo-cimento, Projecto de Execução, Memória Descritiva e Justificativa, Lisboa, Abril de 2009.
[15] - https://www.google.pt/maps/@38.7109545,-9.1285966,532m/data=!3m1!1e3!5m1!1e2
[07.Julho.2015]
[16] – SOMAGUE, Relatório Final de Projecto, Reforço e Tratamento de Solos por CSM, Lisboa, Maio
de 2012.
[17] – NEVES, Manuel João, Técnicas de Recalçamento e Reforço de Fundações, Metodologias,
dimensionamento e Verificações de Segurança, Tese de Mestrado, Lisboa: UL/IST, 2010.
[18] – WW Consultores de Hidráulica e Obras Marítimas, S.A., JetSJ, Reabilitação e reforço dos cais
entre Santa Apolónnia e o Jardim do Tabaco - A empreitada, Porto, 26 de Fevereiro de 2014.
[19] - http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/187/melhoramento-do-solo-com-colunas-de-brita-
286953-1.aspx [18.Julho.2015]
[20] – DOMINGUES, Tiago, Reforço de Fundações com Colunas de Brita em Aterros sobre Solos
Moles, Tese de Licenciatura, Porto: FEUP, 2006.
[21] - https://www.google.pt/search?q=colunas+brita+por+vibrosubstitui%C3%A7%C3%A3o&espv=2&
biw=1366&bih=643&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0CAYQ_AUoAWoVChMIvcSng8blxgIV62rb
Ch2JZweq#imgrc=AM6_qCS6o2g5tM%3A [18.Julho.2015]
[22] - Vibroflotation & Geotechnical (Nig.) Ltd. Vibroflotation Method of Ground Improvement. (2004)
http://www.docstoc.com/docs/32209665/Ground-Improvement-By-Stone-Column-Methods
[19.Julho.2015]
[23] - DAYTE, K.R., Settlement and bearing capacity of foundation system, Symposiom on recent
developments in ground improvement techniques, Bangkok, 1982
[24] - PRIEBE, H. J., Vibro replacement to prevent earthquake induced liquefaction, Ground
Engineering Revue, 1998.
[25] - https://www.google.pt/search?q=coluna+de+brita&espv=2&biw=1366&bih=599&source=lnms&
tbm=isch&sa=X&ved=0CAYQ_AUoAWoVChMI0ce5iv3mxgIV5wjbCh3k4Q-p#tbm=isch&q=jet+
grouting&imgrc=j693HYzlVJMhxM%3A [19.Julho.2015]
[26] - https://www.google.pt/search?q=coluna+de+brita&espv=2&biw=1366&bih=599&source=lnms&
tbm=isch&sa=X&ved=0CAYQ_AUoAWoVChMI0ce5iv3mxgIV5wjbCh3k4Q-p#tbm=isch&q=jet+
grouting&imgrc=sWRnEo1eB01dZM%3A [19.Julho.2015]
79
[27] - https://www.google.pt/search?q=coluna+de+brita&espv=2&biw=1366&bih=599&source=lnms&
tbm= isch&sa=X&ved=0CAYQ_AUoAWoVChMI0ce5iv3mxgIV5wjbCh3k4Q-p#tbm=isch&q=cutter+soil
+mixing&imgrc=KgkdmMDcRDWyeM%3A [19.Julho. 2015]
[28] – PINTO, Alexandre, TOMÁSIO, Rui, Análise Final dos Ensaios de Carga Horizontal de duas
Colunas de Jet Grouting de Fundação, Lisboa, Setembro de 2011.
[29] – VILA POUCA, Nelson, CARDOSO, Adriano, FERREIRA, Marisa, PINHEIRO, Nuno, Projecto do
edifício do Terminal de Cruzeiros de Lisboa, Lisboa, 24 de Novembro de 2014.
81
Anexo 1. Resultados dos ensaios de carga vertical
Figura I – Ciclos de carga cplicados ao londo do tempo [8]
Figura II – Deslocamentos registados ao longo do tempo [8]
82
Figura III – Encurtamento da microestaca em três troços, ao longo do 1º ciclo de carga [8]
Figura IV– Encurtamento da microestaca em três troços, ao longo do 2º ciclo de carga [8]
84
Anexo 2. Resultados dos ensaios de carga horizontal
Figura VI – Ciclos de carga aplicados ao longo do tempo [28]
Figura VII – Carga / Deslocamento no topo (deflectómetros) [28]