Solução em Parede de Solo Grampeado para contenção de talude em Usina Hidrelétrica do Equador

Solução em Parede de Solo Grampeado para contenção de talude

em Usina Hidrelétrica do Equador

Rodriguez, T. T.

Universidade Estadual de Londrina, Londrina, PR, Brasil, tatianarodriguez@uel.br

Henriques Junior, P. R. D.

PETROBRAS, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, paulodionysio@petrobras.com.br

Costa, R. S.

PCE, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, raphael_serra@pceengenharia.com.br

Lopes, A. S.

PCE, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, aurelio@pceengenharia.com.br

Resumo

: Este trabalho apresenta a solução adotada para contenção de talude vertical, necessário à implantação da estrutura da Casa de Força, em uma Usina Hidrelétrica situada no Equador. Adotou-se no projeto a solução de parede vertical de solo grampeado, com o intuito de não afetar a estabilidade dos taludes de encosta acima do nível do terreno. A geologia local (Solórzano & Marín-Nietto, 2006) aponta sedimentos fluviais e solos transportados decorrentes de avalanches, corrida de detritos e lavas oriundas de erupções vulcânicas. Nas análises foram considerados: fator de segurança para final de construção; existência de rebaixamento do lençol freático e sobrecarga de utilização no topo do talude. A contenção de solo grampeado consiste de grampos injetados com calda de cimento, barra de aço de 8 e 12 metros de comprimento, espaçamento de 2 metros e inclinação de 10 graus com a horizontal.

Abstract:

This paper shows the solution adopted to stabilize a vertical slope that was necessary to execute the structure of a House Power located in a Hydroelectric plant of Ecuador. It was adopted in the project a vertical slope stabilized with nails, with intention not to affect the stability above of the level of the land. The local geology (Solórzano & Marín-Nietto, 2006) shows fluvial sediments and transports soils resulting from avalanches, lava flow and volcanic eruptions. In the stability analyzes were considerate the followed conditions: factor of safety for final construction, seismic factor, lowering of ground water, and surcharge in the top of slope. The final solution consists in a soil nailing with nails of 8 and 12 meters long, 2 meters net spacing, and 10 degrees installation angle.

1 PROBLEMÁTICA

Na obra de uma Usina Hidrelétrica situada na região central do Equador, entre as coordenadas 9.926.000N / 670.600E e 9.925.900N / 670.700E, para a construção da Casa de Força seria necessário uma escavação da cota 90m (nível do terreno) até a cota 68m.

Em função da localização da referida Casa de Força e da possível interferência com a encosta lateral esquerda (Figura 1a), foi necessário, apenas nessa direção, executar uma escavação em talude

vertical. Para tanto, optou-se pela execução de uma parede vertical de solo grampeado, conforme projeto geotécnico da empresa PCE - Projetos e Consultoria em Engenharia.

A escavação vertical compreende dois níveis (cota 86 a 77,15m e cota 77,15 a 68m), com aproximadamente 9m de altura cada (Figura 1b).

(a)

(b)

Figura 1: (a) Planta da escavação da Casa de Força e (b) Seção 1-1 (escavação vertical).

2 GEOLOGIA LOCAL

A geologia atual do Equador, segundo estudo evolutivo de Solórzano & Marín-Nietto (2006), envolve processos de deposição de solos e materiais provenientes de transporte fluvial, movimentos de massa (avalanche, corrida de detritos) e erupções vulcânicas. Os pacotes de solos formados compreendem uma mistura de materiais extremamente complexa, com cor e textura muito variada. Apesar da tendência de arranjo em pacotes horizontais, existem descontinuidades (variações abruptas) provenientes do retrabalhamento dos pacotes pelos rios.

Dentre as formações existentes, Solórzano & Marín-Nietto (2006) identificaram as seguintes unidades principais existentes:

• Formação San Tadeo (ST): Sequência de depósitos que apresenta uma capa superficial de siltes argilosos, moles a médios, com elevado teor de umidade, seguida por camadas de “arenisca” alterada, com pouca ou nenhuma cimentação, alternativamente mais arenosa ou mais siltosa, extratos com pedregulhos e seixos, lentes de areia, lentes de argila siltosa e, eventualmente, extratos de areniscas e limolitas (siltitos) mais consistentes.

• Terraços Fluviais Quaternários (QT): Aparentemente, da erosão da plataforma constituída pela formação San Tadeo, situada em torno da cota 140 a 150msnm, na área do projeto, formaram-se vales, que foram posteriormente preenchidos. Alguns platôs, situados em torno da cota 120msnm, são identificados como terraços fluviais, do início da era Quaternária. Suas características geotécnicas não são muito diferentes dos solos da Formação San Tadeo: siltes argilosos moles a médios e solos siltosos ou arenosos com pedregulhos e seixos sobrejacentes aos extratos da própria San Tadeo.

• Aluvial do Quaternário Recente (Qal): últimos materiais depositados sobre o fundo dos vales escavados nas formações ST e QT, são encontrados em toda a planície aluvial e se compõem, basicamente, de pedregulhos e seixos em matriz areno-siltosa, eventualmente recobertos por sedimentos recém depositados, silto-argilosos ou silto-arenosos, encontrando-se camadas silto-argilosas a maiores profundidades, eventualmente, confinando aqüíferos artesianos.

No local da escavação do presente trabalho, observa-se a existência marcante da formação aluvial do quartenário recente (Qal).

3 PARÂMETROS DE ANÁLISE

A análise de estabilidade por equilíbrio limite foi realizada através do Método de Bishop Simplificado, com a utilização do programa computacional SLOPE/W (GeoStudio®). A referida análise considerou o caso de carregamento de Final de Construção para talude provisório que, de acordo com as especificações técnicas da obra, compreende atividade sísmica por sismo horizontal de 0,08 e fator de segurança mínimo admissível de 1,20. No topo da escavação vertical (cota 90m), foi utilizada uma sobrecarga de 20kPa em função de tráfego de equipamentos durante a construção. Os parâmetros geotécnicos utilizados nas análises de estabilidade basearam-se na classificação dos

materiais atravessados pelas sondagens realizadas, avaliação do ensaio SPT, consulta bibliográfica e experiência de obras em material semelhante. Os valores adotados estão descritos na Tabela 1 em função dos horizontes de solo e de suas características (Tabela 2 e Figura 2). Nota-se que para os solos 2 e 3 foram adotados interceptos coesivos nulos, por se tratar de “arenisca” aparentemente muito alterada, considerada como areia muito compacta com pedregulho.

Tabela 1 – Parâmetros geotécnicos dos solos Solo γnat (kN/m3) γsat (kN/m3) c’ (kPa) φ’ (graus) 1 16,0 18,0 10,0 30,0 2 17,0 19,0 0,0 35,0 3 17,0 19,0 0,0 40,0

Nota: γnat = peso específico natural; γsat = peso específico

saturado; c’ = coesão efetiva; φ’ = ângulo de atrito

efetivo.

Tabela 2 – Descrição dos solos

Solo Descrição NSPT

1 silte arenoso 6 a 7

2 areia > 40

3 areia com pedregulho > 40 Nota: NSPT = números de golpes do ensaio SPT.

SPT SPT SPT Solo 1, N 6 a 17 Solo 2, N >40 Solo 3, N >40 El.86,00 El.77.15 El.68,00 7m

Figura 2: Seção analisada com horizontes de solo. Os valores da resistência ao arrancamento de grampos (qs) são obtidos experimentalmente. A fim de se estimar esses valores, compararam-se algumas correlações empíricas baseadas no número de golpes do ensaio SPT encontradas na literatura (Bustamante & Doix, 1985; Ortigão, 1997; Ortigão

et al., 1997; Liew, 2005; Chow & Tan, 2006 e

Springer, 2006). Entretanto, os resultados obtidos através das referidas correlações apresentaram grande dispersão.

Decidiu-se, portanto, estimar os valores de qs a partir do intervalo de valores sugeridos por Elias &

Juran (1991) para grampos em diversos solos e rochas. Segundo Lazart et al. (2003), os valores são conservadores e podem ser usados como estimativa preliminar de projeto. Os valores de resistência ao arrancamento de grampos (qs) adotados foram de 200 e 250kPa para areia (solo 2) e areia com pedregulho (solo 3), respectivamente.

Ressalta-se que os valores estimados de qs serão verificados através de ensaios de arrancamento de grampos durante a obra. Ainda, outros grampos poderão ser testados por meio de ensaios do tipo inspeção, garantindo um controle de qualidade à construção.

Na análise de estabilidade, realizada através do programa SLOPE/W, considerou-se para carga de trabalho do grampo (Ttrabalho) o valor de 173kN, obtido através da Equação 1.

75 , 1 máx trabalho F T = (1)

A força máxima de tração (Fmáx) é definida em função do tipo de aço e diâmetro da barra, sendo determinada pela Equação 2 (NBR 5629, 2006). A barra de aço A-42 possui diâmetro de 32mm e tensão de escoamento (fy) igual a 4.200kgf/cm².

s y

máx f A

F =0,9× × (2)

Onde:

Fmáx = força máxima de tração da barra;

fy = tensão de escoamento do aço;

As = área da seção transversal da barra. 4 RESULTADOS

A análise de estabilidade para condição de Final de Construção, com obtenção de fator de segurança compatível com o especificado em projeto para talude provisório (FSmín = 1,20), indica a utilização de 8 linhas de grampos (Figura 3).

Estes grampos consistem de barras de aço A-42 de 32mm de diâmetro e comprimento variável (Tabela 3), sendo introduzidos em pré-furos de 90mm de diâmetro e injetados com calda de cimento para preenchimento do espaço anelar. A calda de cimento possui resistência característica (fck) igual a 25MPa. Possuem, ainda, inclinação de 10º com a superfície horizontal, espaçamento vertical e horizontal constante e igual a 2,0m.

1.21 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Figura 3: Análise de estabilidade para condição de Final de Construção.

Tabela 3 – Comprimento mínimo dos grampos Cota (m) Comprimento (m) 84,00 12,0 82,00 12,0 80,00 12,0 78,00 10,0 75,00 12,0 73,00 8,0 71,00 8,0 69,00 8,0

A fim de obter uma maior produtividade durante a construção, foram utilizadas barras de aço de 8 e 12 metros de comprimento, conforme configuração de projeto apresentada na Figura 4.

Como medida de segurança, apesar da comprovada eficiência do sistema de rebaixamento de lençol freático existente, foram instalados drenos tipo barbacã em malha de 2,0m x 2,0m.

O revestimento final foi executado em camada de concreto projetado, com 8cm de espessura e fck igual a 25MPa (aos 28 dias), e tela metálica tipo Telcon Q138.

(a)

(b)

Figura 4: Configuração de projeto para a parede de solo grampeado: (a) Vista frontal e (b) Seção 1-1.

Nas Figuras 5 e 6 são apresentadas fotos das escavações da Casa de Força da Usina Hidrelétrica e da parede de solo grampeado executada.

Figura 5: Vista do talude esquerdo da Casa de Força e da contenção com parede de solo grampeado.

Figura 6: Detalhe da contenção executada. 5 CONCLUSÕES

Como contribuições do presente trabalho, são apresentadas as seguintes conclusões:

• A contenção de parede de solo grampeado proporcionou estabilidade ao maciço, mostrando que a configuração geométrica adotada é estável para as condições de contorno analisadas.

• Os drenos tipo barbacã não apresentaram água, sugerindo a eficiência do rebaixamento do lençol freático existente e corroborando com a hipótese de cálculo admitida.

• Foi possível realizar escavação vertical por bancadas em solo arenoso com desnível entre etapas de, aproximadamente, 2,0 metros, em função, muito provavelmente, da coesão aparente e/ou do grau de cimentação verificado no solo denominado de "arenisca". AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a empresa PCE - Projetos e Consultoria em Engenharia pela autorização da publicação deste trabalho.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Chow, C. M. & Tan, Y. C. (2006). “Soil nail design: a Malaysian perspective”, In: Proceedings of

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Elias, V. & Juran, I. (1991). Soil nailing for

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In: Report FHWA-RD-89-198, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, Washington, DC, USA.

Lazart, C. A., Elias, V., Espinoza, R. D., Sabatini, P. J. (2003). Soil nail walls. In: Report FHWA0-IF-03-017, Geotechnical Engineering Circular n. 7, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, Washington, DC, USA, March.

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Ortigão, J. A. R., Palmeira, E. M., Zirlis, A. (1997). “Optimised design for soil nailed walls”. In:

Proceedings of the 3rd International Conference on Ground Improvement Geosystems (GIGS), pp.

368-374, London, UK, June. Edited by M.C.R. Davies, F. Schlosser, Ground Improvement Geosystems, Thomas Telford, London, UK. Solórzano, J. R. & Marín-Nietto, L. (2006). “El

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Springer, F. O. (2006). Ensaios de Arrancamento de

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