Rubenei Novais Souza – Petrobrás S.A, Brasil- rubenei@petrobras.com.br Silio Carlos Pereira Lima Filho – Geoinfra Ltda, Brasil –silio@geoinfra.com.br
Alexandre de Macedo Fernandes Lopes – CSE Ltda, Brasil –cse@csengenharia.com.br
RESUMO
A necessidade de transportar equipamentos de processamento de petróleo muito pesados e/ou de grande dimensões para a montagem do polo petroquímico do Rio de Janeiro, por rodovia, atravessando terrenos constituídos em sua maioria por argilas muito moles, ao longo de 18 km, utilizando veículos especiais muiti-eixos capazes de distribuir uma carga equivalente distribuída de 70 kPa ao nível do pavimento, impuseram ao projetista a busca de soluções de tratamento da fundação que se adequassem ao êxito do empreendimento e aos exíguos prazos (10 meses) para implantação das obras.
O presente trabalho apresenta um resumo das condições do solo mole da fundação e uma descrição das soluções geotécnicas adotadas para estabilização dos aterros, soluções estas que foram concebidas essencialmente a partir da estabilização das vias com geogrelhas de alto desempenho, associadas ou não a colunas de brita. Esta concepção não só permitiu a implantação do empreendimento no prazo determinado, quanto garantiu os níveis de serviço ultra rigorosos exigidos para a operação da via no transporte dos equipamentos, procedimento já efetuado.
1. INTRODUÇÃO
Para montagem do Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro (COMPERJ), houve necessidade do transporte de equipamentos de processamento de petróleo muito pesados e/ou de grandes dimensões (UHOS – Ultra Heavy Over Size), inviáveis de serem transportadas pelas estradas existentes.
Em razão disso, optou-se pela via marítima até o cais da beira, na Baia de Guanabara, município de São Gonçalo – RJ. Deste ponto até o seu destino final, o COMPERJ no munícipio de Itaboraí – RJ, os equipamentos foram transportados utilizando veículos especiais multi-eixos trafegando por uma estrada especialmente destinada a esta finalidade, de 18 km de extensão, e cujo traçado apresentou um terreno constituído em sua maioria por camadas de argila muito mole de baixa resistência e elevada compressibilidade. A figura 1 apresenta esquematicamente a configuração do veículo especial utilizada para peças mais pesadas.
Figura 1 – Veículo especial multi-eixos utilizado para os equipamentos pesados
2. PROJETOS ANTERIORES EXISTENTES E O PROJETO FINAL
Classicamente, como usual em projetos de aterros sobre solos moles, devem ser atendidos tanto os requisitos de estabilidade do aterro, como minimizados os recalques remanescentes pós-construção.
Com base nestas premissas, o projeto inicial foi desenvolvido prevendo-se a utilização em toda a via, a depender da espessura de camada mole, de sobrecargas temporárias, mistura de massa (dry mix) e colunas de brita, todas as soluções combinadas com geogrelhas de alta resistência. À época (2010) era ambientalmente proibida a escavação e substituição do solo mole por outro mais competente.
Como o cronograma das obras foi modificado, estas soluções não foram implementadas e em 2012, retomou-se a uma revisão geral do projeto para adequá-lo aos novos e exíguos prazos para sua construção (10 meses).
Como a estrada estava sendo projetada para utilização provisória, ou seja, apenas para que os equipamentos pesados fossem levados ao polo petroquímico (a estrada seria abandonada depois de cumprida a sua finalidade principal) bastaria que os terraplenos atendessem apenas à condição de estabilidade, sendo a condição de recalque de importância secundária, neste caso. Desta forma, uma solução dotada apenas de geogrelhas e/ou bermas de equilíbrio satisfaria os requisitos de estabilidade e permitiria a passagem dos equipamentos pesados, garantindo, ao menos, o controle dos recalques diferenciais excessivos. Considerando então essa nova premissa de projeto, foi inicialmente estudada a utilização de bermas de equilíbrio que se mostrou inviável por razões de espaço. A utilização de geogrelhas, por sua vez, se mostrou compatível geometricamente e também em termos de prazo de execução, uma vez que, como a colocação de geogrelhas acompanharia o da execução do aterro, o prazo adicional de sua utilização seria praticamente nulo, e igual ao da execução apenas do terrapleno. Em função do prazo necessário para execução dos 250.000 metros lineares inicialmente previstos de colunas de brita, a utilização destas no projeto foi reduzida e limitada aos trechos de encontros de ponte onde os recalques deveriam ser mais controlados e, também, a fim de reduzir o empuxo horizontal nas fundações, provocado pela assimetria de carregamento.
Figura 2 – Perfil ilustrativo do subsolo em trecho da via
O trecho foi exaustivamente estudado tanto em termos de sondagens à percussão como de ensaios CPTu e Vane, sobretudo com foco na obtenção da resistência ao cisalhamento não drenada . Os ensaios realizados e valores dos parâmetros geotécnicos obtidos estão descritos em Rubenei et alli (2014).
4. MODELO GEOMECÂNICO DE ANÁLISE
Os aterros, exclusive os das cabeceiras das pontes, possuíam altura final da ordem de 1,50m, com pequenos trechos alcançando até 1,70m. A seção tipo do aterro é apresentada na figura 3. Somente onde foi preciso ganhar resistência com o adensamento do solo mole, utilizou-se em acréscimo às geogrelhas, também geodrenos com espaçamentos variáveis, dependente da necessidade do ganho de resistência no tempo, dispostos em malha triangular com 1,0 a 1,50 m de lado.
No restante do trecho utilizou-se apenas geogrelhas de filamentos de PVA de elevado módulo de rigidez à tração (Fortrac MP), cujos valores variaram de 6.000 a 24.000 KN/m, em função das características geotécnicas e espessuras da argila mole (já que a altura dos aterros era praticamente constante), dispostas em uma ou duas camadas, envelopadas.
Figura 3 - Seção tipo do aterro
5. ANÁLISES DE ESTABILIDADE REALIZADAS
Inicialmente foi analisada a estabilidade global do aterro, como um corpo rígido. Para isto forçou-se as superfícies potenciais de ruptura a “entrarem” e “saírem” do terreno sem interceptar o aterro, como se fosse uma grande fundação rasa. Neste caso, o tipo e quantidades de geogrelhas são indiferentes.
Posteriormente foram analisadas as superfícies potenciais de ruptura atravessando o aterro/geogrelhas visando garantir a estabilidade do aterro com fator de segurança mínimo da ordem de 1,40 e ao mesmo tempo otimizar as quantidades de geogrelhas.
Para todas as cabeceiras de pontes foram feitas as análises de estabilidade transversal e longitudinal do aterro. Foram efetuadas pelo método de equilíbrio limite, em um ambiente bidimensional,
6. EXECUÇÃO DA OBRA
Remanesceram no projeto final, 3 tipos de solução de projeto, de acordo com a espessura da camada de solo mole e a proximidade dos encontros de pontes. São elas:
a) Fora dos encontros de pontes, camadas de solo mole inferiores a 3,0m de espessura: remoção completa da camada de argila e substituição por aterro compactado (material arenoso);
b) Fora dos encontros de pontes, camadas de solo mole superiores a 3,0m: aterro compactado reforçado por geogrelhas, sem remoção do solo mole (Figura 6a ).
Figura 4 – Fotos típicas da colocação das geogrelhas (a) e da execução das colunas de brita (b).
O controle de qualidade da obra (CQP) foi realizado também pelo monitoramento da instrumentação geotécnica, prevista em toda a via UHOS, sendo dada atenção especial aos encontros de pontes e pontilhões. No total foi prevista a instalação da seguinte instrumentação:
• 121 placas de recalque;
• 38 inclinômetros, totalizando 531m perfurados;
• 10 furos para piezômetros (3 piezômetros por furo, totalizando 30 piezômetros);
Os resultados das leituras disponíveis apresentaram-se dentro do previsto, consolidando desta forma o projeto e a execução da obra como um todo.
7. CONCLUSÕES
Este trabalho descreve as condicionantes geométricas, geotécnicas, geológicas, operacionais e de planejamento de um importante empreendimento realizado no Brasil que resultaram em um projeto singular:
• Condicionantes geométricas: aterros muitos baixos e de largura muito estreita, com restrições ao uso de bermas de equilíbrio, face ao limite da faixa de domínio da rodovia e expondo quase a totalidade de sua plataforma à operação.
• Condicionantes geotécnicas: solos muito moles, com espessuras de até 16 m e resistência não-drenada típica inferior a 12 kPa.
• Condicionantes geológicas: região de baixada em planície de depósito flúvio-lagunar, com extensiva ocorrência de corpos-hídricos, exigindo a previsão de diversas travessias em pontes (17, no total).
• Condicionantes operacionais: composições de grandes dimensões e peso (UHOS), de até aproximadamente 200 toneladas de carga total e 70 kN/m2 de carga equivalente distribuída, cujo transporte deve ser feito em
baixa velocidade .(< 5 km/h)
• Condicionantes de planejamento: prazo exíguo para execução.
(a) (b
• A conjunção de todos estes fatores levou à necessidade de se revisar o projeto básico inicial, partindo da diminuição dos volumes de terraplenagem e de elementos de tratamento profundo dos solos moles. A solução encontrada e adotada foi essencialmente o reforço de solos com geogrelhas. As geogrelhas especificadas foram definidas a partir de análises de estabilidade, e as seções projetadas foram analisadas quanto ao desempenho através de análises de equilíbrio limite e simulação por elementos finitos, a fim de ratificar o cumprimento dos requisitos de projeto em cada trecho.
• A dificuldade construtiva pelos elevados níveis de resistência requeridos e o pouco espaço disponível para ancoragem das geogrelhas foi suplantada pela definição detalhada do projeto executivo. As geogrelhas, sempre que necessário, foram envelopadas (com comprimentos de sobreposição compatíveis com as solicitações previstas) e utilizadas em múltiplas camadas, sempre que necessário.
A Figura 7 apresenta, a título de ilustração do projeto descrito neste trabalho, algumas fotos das etapas construtiva do empreendimento e já em franca operação .
Figura 5 – Sequência fotográfica de aspectos da obra: (a) Fotografia aérea da terraplangem e instalação da geogrelha; (b) Fotografia aérea da obra concluída (trecho inicial próximo ao cais da beira, na Baia de Guanabara); (c) Fotografia aérea da obra concluída (ponte sobre o Rio Imboassu; (d) Passagem do veículo transportando o equipamento sobre ponte; (e) Passagem do veículo transportando o equipamento sobre aterro
reforçado.
8. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Petrobras e a Planave a cessão dos dados utilizados no trabalho, bem como aos engenheiros Narciso A.F.Lopes, Paulo Vitor Cunha e Otavio Eleutério a prestimosa colaboração na confecção do mesmo. (a ) (b ) (c ) (d ) (e )
