avaliação de alternativas de processos construtivos de ferrovias sobre solos moles

67 Pages·2009·2.94 MB·Portuguese

MINISTÉRIO DA DEFESA
EXÉRCITO BRASILEIRO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGAS

1º Ten CUSTÓDIO MOURA CASTRO DO NASCIMENTO

AVALIAÇÃO DE ALTERNATIVAS DE PROCESSOS CONSTRUTIVOS
DE FERROVIAS SOBRE SOLOS MOLES

Rio de Janeiro
2008
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

1º Ten CUSTÓDIO MOURA CASTRO DO NASCIMENTO

AVALIAÇÃO DE ALTERNATIVAS DE PROCESSOS CONSTRUTIVOS
DE FERROVIAS SOBRE SOLOS MOLES

Monografia de Especialização apresentada ao Curso
de Especialização em Transporte Ferroviário de
Cargas do Instituto Militar de Engenharia, como
requisito parcial para a obtenção do título de
Especialista em Transporte Ferroviário de Carga.

Orientadora: Profª. Maria Esther Soares Marques – D.
Sc.

Rio de Janeiro
2008
i
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

1º Ten CUSTÓDIO MOURA CASTRO DO NASCIMENTO

AVALIAÇÃO DE ALTERNATIVAS DE PROCESSOS CONSTRUTIVOS
DE FERROVIAS SOBRE SOLOS MOLES

Monografia de Especialização apresentada ao Curso de Especialização em
Transporte Ferroviário de Cargas do Instituto Militar de Engenharia, como requisito
parcial para a obtenção do título de Especialista em Transporte Ferroviário de Carga.
Orientadora: Profª. Maria Esther Soares Marques – D. Sc.

Aprovada em 14 de outubro de 2008 pela seguinte Banca Examinadora:

_______________________________________________________________
Profª. Maria Cristina de Fogliatti Sinay – D. Sc.

_______________________________________________________________
Profª. Vânia Gouveia Barcelos Campos – D. Sc.

_______________________________________________________________
Profª. Maria Esther Soares Marques – D. Sc.

Rio de Janeiro
2008
ii
À minha noiva, pela paciência e apoio em todos os
momentos.

iii
AGRADECIMENTOS

A Deus, Pai e Criador, pela oportunidade desta reencarnação.
Aos meus pais, pela educação desde o berço.
Aos amigos, pelo companheirismo e incentivo.
Ao Instituto Militar de Engenharia, pela minha formação e aperfeiçoamento.
iv
RESUMO

As mais importantes ferrovias brasileiras de heavy haul são usadas para exportação de
minério, partindo das minas no interior do país até os portos litorâneos, onde o minério é
embarcado para seus destinos. Nesse caminho, a via férrea freqüentemente é obrigada a cruzar
espessos depósitos de argila mole de origem flúvio-marinha em baixadas alagadas nos
arredores de lagoas, margens de rios ou fundo de vales. Os aterros construídos sobre essas
áreas devem ser corretamente dimensionados para que os recalques da argila mole não
prejudiquem a geometria e funcionalidade da via. Há muitas técnicas de melhoramento de
solo possíveis para uso em argilas moles, e sua aplicação depende de um adequado plano de
investigações geotécnicas. Este trabalho apresenta dados de ensaios geotécnicos em argilas
moles de uma região da Estrada de Ferro Carajás, com discussão de técnicas e prazos para
duas soluções possíveis para a duplicação da via nesse trecho: drenos fibroquímicos verticais
e estacas reforçadas com geogrelha.
v
ABSTRACT

The most important heavy haul lines in Brazil are used for ore exportation, taking the
products from inland to coastal harbors, where they are shipped to their final destiny. On its
way, the track has to cross thick compressive deposits of fluvial-marine clays found on
lowland areas surrounding lagoons or at plain river borders, as well at the bottom of valeys. In
order to maintain geometrical and functional design, the embankments built on these areas
must be correctly designed to present adequate displacements and stability. There are many
different ground improvement techniques used to occupy lowland areas, and they are, in
general, very expensive and demand high-quality geotechnical investigation. This paper
presents regional geotechnical data on soil characteristics and discussion about construction
techniques commonly used in Brazil, illustrated through a case history from the duplication of
part of the “Estrada de Ferro Carajas” railway.

vi
SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 10
1.1. RELEVÂNCIA DO ESTUDO ........................................................................................ 10
1.2. OBJETIVOS DO ESTUDO ............................................................................................ 11
1.3. DESCRIÇÃO DOS CAPÍTULOS .................................................................................. 12

2 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 13
2.1. DEFINIÇÃO DE TERMOS GEOTÉCNICOS UTILIZADOS NO TRABALHO ......... 13
2.1.1. ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM SOLO ........................................................ 13
2.1.2. CONSISTÊNCIA E PLASTICIDADE DOS SOLOS .................................................... 14
2.1.3. TENSÕES E RESISTÊNCIA DO SOLO ....................................................................... 15
2.1.4. ADENSAMENTO........................................................................................................... 16
2.1.5. TEORIA DO ADENSAMENTO .................................................................................... 16
2.2. TÉCNICAS CONSTRUTIVAS SOBRE SOLOS MOLES ............................................ 18
2.2.1. SUBSTITUIÇÃO OU DESLOCAMENTO DE SOLO MOLE...................................... 20
2.2.2. ATERRO CONVENCIONAL ........................................................................................ 22
2.2.3. ATERRO SOBRE DRENOS VERTICAIS .................................................................... 23
2.2.4. ATERRO SOBRE ESTACAS E COM REFORÇO DE GEOGRELHA........................ 25
2.2.5. ATERRO SOBRE LAJE DE CONCRETO ARMADO E ESTACAS ........................... 28
2.2.6. COLUNAS DE BRITA ................................................................................................... 29
2.3. INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS ............................................................................. 30
2.4. INSTRUMENTAÇÃO .................................................................................................... 31

3 ENSAIOS GEOTÉCNICOS ANALISADOS ............................................................. 32
3.1. ENSAIOS REALIZADOS .............................................................................................. 32
3.2. PERFIS GEOTÉCNICOS ............................................................................................... 33
3.3. RESULTADO DOS ENSAIOS DE LABORATÓRIO E CAMPO ................................ 34
3.4. GRÁFICO DE PLASTICIDADE ................................................................................... 36
3.5. CORRELAÇÕES ENTRE PARÂMETROS .................................................................. 37

vii
4 FORMULAÇÃO DO MODELO GEOTÉCNICO ..................................................... 39
4.1. ÍNDICE DE VAZIOS ..................................................................................................... 39
4.2. COMPRESSIBILIDADE ................................................................................................ 40
4.3. PESO ESPECÍFICO NATURAL .................................................................................... 41
4.4. RESISTÊNCIA NÃO-DRENADA ................................................................................. 42
4.5. COEFICIENTE DE ADENSAMENTO VERTICAL ..................................................... 44
4.6. MODELO GEOTÉCNICO ............................................................................................. 45

5 ANÁLISE DO MODELO GEOTÉCNICO ................................................................ 46
5.1. ATERRO SOBRE DRENOS VERTICAIS .................................................................... 46
5.1.1. PREVISÃO DE RECALQUES....................................................................................... 46
5.1.2. PRAZO CONSTRUTIVO ............................................................................................... 47
5.1.3. ANÁLISE DE ESTABILIDADE .................................................................................... 49
5.1.3.1. ETAPA 1 ......................................................................................................................... 50
5.1.3.2. ETAPAS 2 A 4 ................................................................................................................ 51
5.1.3.3. REMOÇÃO DA SOBRECARGA .................................................................................. 53
5.1.3.4. CARGA DO PAVIMENTO ............................................................................................ 53
5.1.4. EVOLUÇÃO DO FATOR DE SEGURANÇA .............................................................. 54
5.1.5. IMPACTO AMBIENTAL .............................................................................................. 55
5.1.6. CUSTOS .......................................................................................................................... 55
5.2. ATERRO SOBRE ESTACAS E REFORÇO DE GEOGRELHA .................................. 57
5.2.1. DIMENSIONAMENTO ................................................................................................. 57
5.2.2. PRAZO CONSTRUTIVO, IMPACTO AMBIENTAL E CUSTO................................. 58

6 CONCLUSÕES ............................................................................................................. 61

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 63

viii
ix