Efeitos de arqueamento em aterros sobre solo estaqueado

Abstract

Na atualidade, a construção de obras sobre solos de baixa capacidade de suporte é um problema que os engenheiros devem enfrentar cada vez com mais freqüência, e tentar encontrar soluções viáveis e seguras. Em Brasília fez-se necessária a elaboração de um projeto de melhoramento da interseção sobre a DF-003, resultando na execução de um viaduto, esta interseção se encontra sobre uma espessa camada de solo laterítico, com baixa capacidade de suporte e comportamento colapsível. O projeto especificava a execução de um aterro segundo a técnica de “terra armada”. Devido à característica do solo de fundação, durante a construção e vida do aterro poderão ocorrer recalques diferenciais que prejudiquem a estabilidade e o acabamento do mesmo, podendo, levá-lo ao colapso. As dificuldades encontradas neste projeto incentivaram a realizar um estudo mais detalhado sobre o comportamento do solo para encontrar soluções que minimizem o recalque, que reduzam os deslocamentos e melhore a capacidade de suporte do solo de fundação. Em um estudo preliminar procurou-se avaliar o comportamento do solo de fundação, em termos de tensão e deformação, com a utilização de estacas e/ou troca de solo, utilizandose de um modelo numérico em 2D e variando características do solo, das estacas, dos capitéis e a seqüência construtiva. Estes estudos mostraram a viabilidade de se estudar a troca do solo de fundação em conjunto com a execução das estacas. Desta forma, parte da carga proveniente do aterro reforçado deveria ser absorvida por essa camada de solo mais rígida, minimizando as cargas transferidas para as estacas, devido a efeitos de arqueamento. Posteriormente foram realizadas análises numéricas mais complexas, em condições tridimensionais, de modo a se investigar as implicações da hipótese de deformação plana adotada nos estudos preliminares e também nas normas para este tipo de obra. Os resultados das análises 3D mostram que o arqueamento do solo ocorre nas duas direções, resultado em maiores cargas nas estacas do que as admitidas em condições 2D. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Geotechnical engineers frequently have to solve problems related to the construction of earth fills over soils with low bearing capacity, trying to find solutions that are both safe and economically viable. A recent project in Brasilia, Brazil, proposed the construction of a viaduct in the intersection with highway DF-003 in an area with a deep layer of porous lateritic clay, which is known for its collapsible behavior. The earth fill in the access for the viaduct was supposed to have vertical faces and to be constructed using the technique known as “reinforced earth”. Due to the characteristics of the local soil, there were worries about excessive settlements which could jeopardize the stability and functionality of the earth fill or even cause its failure. The difficulties raised during this project motivated a deeper study, searching for solutions that might reduce settlements and increase the bearing capacity of the foundation. A preliminary study considered a numerical model under two-dimensional plane strain conditions. The solutions to reduce settlement included the partial substitution of the upper layers of collapse soil and the use of piles with crown blocks. Part of the surcharge from the earth fill should be absorbed by the more rigid replacement layer and transferred to the piles. The results showed that such solutions were viable, however it was noticed a strong load transfer to the piles due to soil arching effects. More complex three-dimensional analyses were then carried out in order to investigate the influence of the stress conditions on the soil arching phenomenon. The results showed that soil arching occurs both in the transverse and longitudinal directions. Therefore the load transfer in more severe than supposed under two-dimensional conditions, leading to higher loads on the piles and higher settlements under general three-dimensional stress conditions.