desempenho de geodrenos na consolidação de materiais aluvionares do tejo

DESEMPENHO DE GEODRENOS NA CONSOLIDAÇÃO DE MATERIAISALUVIONARES DO TEJO

Performance of prefabricated band-shaped vertical drains in the consolidation of aluvialmateriais of River Tajus

Pedro Guedes de Melo

IST, UTL, Lisboa, [email protected]; Consulgeo, Lisboa, [email protected]

Resumo: Descreve-se a aplicação de geodrenos na consolidação da fundação lodosa de aterros executadospara a construção de armazéns industriais na zona do Forte da Casa, junto ao Rio Tejo. A evolução desseprocesso de consolidação foi monitorizada, através da observação de várias marcas de assentamentocolocadas na base dos aterros e de células de medição da pressão da água intersticial colocadas nosmateriais lodosos da fundação, durante cerca de 14 meses. Da análise dos resultados de observação foraminferidos os valores dos parâmetros de cálculo que controlam esse processo de consolidação. Dacomparação desses valores com os obtidos em ensaios realizados com amostras desses materiais lodososfoi possível avaliar de que forma a perturbação causada pela instalação dos geodrenos (designado nabibliografia anglo-saxónica por “smear effect”) condiciona o desenrolar do processo de consolidação.

Abstract: The application of prefabricated band-shaped vertical drains for the consolidation of a soft soilfoundation of embankments built for industrial warehouses in the area of Forte da Casa, close to RiverTagus, is described. The development of this consolidation process was monitored through theobservation of several settlement plates placed at the base of the embankments and pore water pressurecells placed inside the soft soil, during 14 months. From the analysis of the observed results, the valuesfor main parameters that control the consolidation process were obtained. From the comparison of thesevalues with the ones obtained from tests performed with samples from this soft soil it was possible toevaluate the effect of the disturbance cause by the installation of the vertical drains, called “smear effect”.

1 INTRODUÇÃO

Inserido num conjunto de empreendimentos que têm vindo a ser realizados na zona entre Lisboae Alverca, junto ao rio Tejo, está o Lezíria Park, construído em Forte da Casa. Trata-se de umconjunto de 11 armazéns industriais, dos quais 6 foram já construídos e os outros 5 estão em fasede construção. Para a implantação destes armazéns foi necessário elevar a cota geral da zona emcerca de 3m, para o que foi necessário construir um aterro de grandes dimensões em planta(400mx100m), (ver planta esquemática da obra na Figura 1).

Do ponto de vista geotécnico, a construção deste aterro assume particular relevância uma vez quena zona existe, sob uma camada superficial de aterros de reduzida espessura, uma camada demateriais lodosos, de baixa resistência ao corte e elevada deformabilidade. Das soluções possíveispara lidar com essas fracas características mecânicas dos materiais de fundação, a opção recaiusobre a instalação de malhas de geodrenos, atravessando toda a formação lodosa, associada àcolocação de pré-cargas, com vista a proceder à consolidação da fundação antes da construção

Linha de Caminho de Ferro

Bloco 1 Bloco 2 Bloco 3 Bloco 4 Bloco 5 Bloco 6 Bloco 1 Bloco 2 Bloco 3 Bloco 4

Bloco 5

EN 10

Zona com geodrenos espaçados de 1.3m pré-carga de 10kPa



Escala: 50m

N

Figura 1 - Planta esquemática do local da obra

dos armazéns. Os espaçamentos das malhas de geodrenos instaladas e a magnitude das pré-cargasforam ajustadas em função da utilização das várias zonas do lote, nomeadamente, zonas dearmazém, zonas de circulação, zonas de parqueamento.

Assim, foi necessário analisar no Projecto do aterro, e observar durante a fase construtiva desseaterro, a evolução no tempo do processo de consolidação dessa formação lodosa.

Para apoio ao Projecto, foi levado a cabo um programa de prospecção, que inclui a realização dediversos ensaios “in situ” e em laboratório, a partir do qual foi possível caracterizar a formaçãolodosa.

Durante a fase construtiva, foi montado um sistema de observação que permitiu monitorizar ocomportamento dos aterros e fundação. Esse sistema incluiu a instalação de 22 marcas deassentamento na base do aterro e 6 células de medição da pressão da água intersticial instaladasna fundação lodosa. Estes equipamentos foram lidos durante cerca de 14 meses, registando aevolução do processo de consolidação da fundação.

O objectivo deste trabalho é a apresentação das principais conclusões que foi possível retirar daanálise dos resultados da observação. Particular destaque é dado ao efeito de perturbação criadonos materiais lodosos com o processo de instalação dos geodrenos (designado na literatura anglo-saxónica por “smear effect”), aspecto poucas vezes considerado no âmbito dos estudos deste tipode obras mas com uma influência considerável ao nível da velocidade com que se desenrola oprocesso de consolidação desses materiais.

2 CONDIÇÕES GEOTÉCNICAS GERAIS DA OBRA

A caracterização geológica e geotécnicas destes materiais é pormenorizadamente descrita em

Guedes de Melo (2006). Do ponto de vista geológico, foi identificada no local de implantação dosaterros a sequência litológica típica da zona, a qual inclui as seguintes formações emprofundidade, a partir da superfície:

Formações actuais a recentes

C1A - Depósitos de aterro arenosos, areno-argilosos e argilosos (SPT médio entre 10 e 20golpes).

C1B - Depósitos aluvionares constituídos por lodos muito moles (SPT quase sempre nulo).

C1C - Depósitos aluvionares constituídos por areias de granulometria variável, lodosas, areãoe seixos dispersos (SPT entre 10 e 30 golpes).

Formação quaternária

C2 - Formação heterogénea constituída por areias, por vezes argilosas, areão e seixosdispersos, medianamente compactas a muito compactas (SPT médio entre 30 golpes e a“nega”).

Formação miocénica

C3 - Formação heterogénea constituída por arenitos de granulometria variável, margosos acalcários e argilosos (SPT correspondendo à “nega").

Tendo em conta este perfil geológico, a formação que naturalmente centrou as atenções do pontode vista de caracterização geotécnica foi a C1B, constituída fundamentalmente por lodos. Ascaracterísticas geológico-geotécnicas destes materiais foram avaliadas em duas campanhas deprospecção realizadas em 1997 e em 2002 pela empresa Teixeira Duarte (1997, 2002a e 2002b),sendo os resultados dos vários ensaios in situ e em laboratório realizados apresentados no estudoelaborado por Consulgeo (2002). Nessa análise foram posteriormente integrados outros resultadosda caracterização geotécnica de outros locais situados nas proximidades deste que vieram nunscasos confirmar e noutros complementar, resultados referidos nos trabalhos citados.

Esses materiais lodosos são materiais finos (com percentagens passadas no peneiro nº200 ASTMem regra superiores a 80% e com percentagens de argila da ordem de 40%), de média a elevadaplasticidade (com limite de liquidez entre 60 a 70% e índice de plasticidade entre 30 a 40%). Sãomateriais normalmente consolidados, com uma curva de compressão virgem caracterizada porum índice de compressibilidade, Cc, de 0.75 e um índice de vazios para tensão vertical unitária,e0, de 2.9.

Em termos de consolidação foram obtidos em laboratório valores do coeficiente de consolidaçãovertical entre 3.5x10-8m2/s e 4x10-8m2/s para patamares de carga de 50kPa a 80kPa e 160kPa a310kPa. De referir ainda que num local próximo daquele em estudo foram estimados para estaformação lodosa, através dos resultados dos ensaios CPTU, valores do coeficiente deconsolidação radial entre 1.2x10-7m2/s e 1.8x10-7m2/s, com um valor médio de 1.5x10-7m2/s.

O nível freático foi detectado na zona à cota 0, e para estes materiais foi obtido um valor do pesovolúmico saturado de 16.1kN/m3.

É habitual este tipo de formações lodosas apresentar uma “crosta” superficial ligeiramente

Figura 2 - Vista geral da obra após a colocação da camada drenante e instalação dos geodrenosna fundação

sobreconsolidada, fundamentalmente devido a fenómenos de dissecação. O facto é que osresultados disponíveis não parecem revelar a sua presença. Admite-se que a camada de aterrosjá existentes sobre a formação lodosa tenha introduzido um estado de tensão que terá levado a quea tensão de pré-consolidação dos materiais dessa “crosta” tenha sido ultrapassada ou que osmateriais dessa “crosta” tenham sido identificados na campanha de prospecção como materiaisde aterros.

3 - SOLUÇÃO ADOPTADA PARA A CONSOLIDAÇÃO DA FUNDAÇÃO LODOSA

Tal como referido, em toda a área de implantação da obra foi realizado um aterro de grandedimensões para elevar a sua cota geral. Tendo em conta a ocorrência, na fundação desse aterro,de materiais do tipo lodoso, foi necessário recorrer a uma solução que permitisse acelerar oprocesso de consolidação desses materiais. A solução adoptada consistiu na colocação de malhasde geodrenos, de distribuição triangular em planta, associadas à colocação de pré-cargas.

A sequência construtiva dos aterros compreendeu, assim, as seguintes etapas:

S regularização da camada superfícial do terreno, procurando minimizar as perturbaçõescausadas a esses materiais superficiais;

S colocação de uma camada de material drenante, com cerca de 0.8m de espessura, paraescoamento gravítico da água expulsa pela consolidação da fundação;

S instalação dos geodrenos a partir do topo da camada drenante, por forma a que elesatravessem essa camada lodosa e a sua parte superior fique inserida nessa camadadrenante (ver Figura 2);

S construção dos aterros (incluindo pré-cargas) sobre a camada drenante.

Este procedimento foi utilizado em toda a área do lote. Contudo, estando identificados nesse lotetrês zonas distintas de utilização, e consequentemente, de carregamentos - arruamento junto aolimite do lote próximo da linha de caminho de ferro, zona de parque de viaturas pesadas junto aosarmazéns e área dos armazéns (ver Figura 1) - os espaçamentos das malhas de geodrenos e asmagnitudes das pré-cargas foram ajustadas em função dessa utilização. Assim:

S na zona dos armazéns aplicou-se uma malha de geodrenos com espaçamento em plantade 1.5m e uma pré-carga associada à colocação de uma altura extra de aterro da ordem de1m, isto é, uma pré-carga da ordem de 20kPa (de referir que a cota final do aterro sob alaje dos armazéns situa-se 1.3m acima da cota final geral do lote)

S na zona junto ao limite do lote próximo da linha de caminho de ferro a malha degeodrenos foi colocada com um espaçamento em planta de 1.3m, sendo a pré-carga decerca de 10kPa, associada à colocação de uma altura adicional de aterro de 0.5m;

S na zona de estacionamento de veículos pesados, para cargas e descargas dos armazéns,a malha de geodrenos teve um espaçamento em planta de 1.5m, sendo a pré-carga daordem de 45kPa, associada à colocação de 2.3m adicionais de aterro.

Para acompanhar a evolução do processo de consolidação foi instalado em obra um sistema deinstrumentação baseado em marcas de assentamento instaladas na base dos aterros e células demedição da pressão da água interstical, instaladas no meio da fundação lodosa (ver Figura 3).

Relativamente às marcas de assentamento, foram instaladas 30, distribuídas em toda a área dolote. Estas marcas foram colocadas na base dos aterros, sobre a camada de material drenante, porforma a facilitar a instalação dos geodrenos. Tal facto, justificável por questões construtivas, temo inconveniente de não permitir acompanhar a consolidação da fundação desde o início, facto quepode ser importante se pretender realizar uma análise completa da evolução de todo o processo.Na Figura 3, apesar de estarem representadas todas as marcas, apenas é indicada a designação de26 marcas. Nas restantes 4, a muito reduzida espessura (ou mesmo a ausência) de materiaislodosos conduziu a assentamentos praticamente nulos.

Para além das marcas de assentamento foram também instaladas 6 células de medição de pressãoda água intersticial. Estas células, colocadas no meio da camada lodosa da fundação, foraminstaladas nas zonas do arruamento junto ao limite do lote e na zona de parqueamento de veículospesados.

No Quadro 1 apresentam-se as condições geométricas associadas à fundação dos aterros noslocais onde estão instalados os vários equipamentos instalados. De notar que a espessura dacamada lodosa atinge, na zona, um máximo da ordem dos 5m.

4 - AVALIAÇÃO TEÓRICA DA EVOLUÇÃO DO PROCESSO DE CONSOLIDAÇÃO

Para acompanhamento da evolução do processo de consolidação foi desenvolvida uma soluçãoteórica, baseada no método das diferenças finitas, a qual foi programada numa folha de cálculopor forma a permitir obter, para cada equipamento, um rápido ajuste entre modelo numérico edados de observação. Essa solução, detalhadamente descrita em Guedes de Melo (2005), permite,

Linha de Caminho de Ferro

EN 10

M1

M2

M3/C1

M4/C2

M5

M6

M7/C3

M8/C4

M9

M10

M11

M12

M13/C5

M14

M15/C6M16M17M18M19M20M21M22

M23 M24M25

M26

Escala: 50m

N

Figura 3 - Planta esquemática com localização dos equipamentos de observação

simultaneamente:

S reproduzir o comportamento de marcas de assentamentos e de células de pressãointersticial;

S fazer intervir os parâmetros clássicos que controlam o processo de consolidação;

S ter em conta o efeito conjugado da drenagem vertical e da drenagem radial naconsolidação, no sentido de reproduzir a presença de fronteiras permeáveis no topo e/oubase da camada lodosa e ainda a eventual existência de geodrenos verticais;

S variar o carregamento ao longo do tempo, por forma a ter em conta, em qualquer instantedo processo de consolidação, um aumento da cota do aterro;

S variar as condições de drenagem no tempo, como por exemplo, a associada à instalaçãode geodrenos após a construção, mesmo que faseada, dos aterros;

S variar os coeficientes de consolidação radial e vertical dos lodos ao longo do tempo.

Na solução desenvolvida, e de uma forma simplificada, é considerado um coeficiente deconsolidação radial equivalente, no qual se englobam os efeitos da permeabilidade do solo nadirecção radial e da perturbação nessa permeabilidade criada pela cravação dos geodrenos(“smear effect”). Este aspecto é analisado em detalhe no final do trabalho.

Esta solução numérica considera que a tensão aplicada sobre a fundação (neste caso o peso dosaterros) é uniformemente distribuída e que os movimentos do terreno a ela associada são apenasverticais (assentamentos). Para o caso em estudo esta hipótese é perfeitamente válida, tendo emconta a relação entre a área de implantação dos aterros e a espessura da formação lodosa.

Relativamente aos geodrenos, a solução considera que estes têm uma elevada capacidade decondução da água, não condicionando, por isso, a evolução do processo de consolidação.

A aplicação da solução para a análise da evolução dos assentamentos de uma dada marca notempo é directa, uma vez que esses assentamentos são calculados através da conjugação daintegração do processo de consolidação na direcção vertical e radial. No que respeita à evoluçãoda pressão intersticial (medida nas células) a solução apenas permite que seja identificado, emcada instante, o valor médio dessa pressão na camada, independentemente da posição do pontoconsiderado, quer em profundidade, quer na distância a um geodreno.

Em resumo, com esta solução é possível obter uma reprodução do comportamento individual decada marca de assentamentos, enquanto que para as células de pressão intersticial é obtida umareprodução da evolução média do excesso da pressão interticial numa camada. Importa realçarque o comportamento de uma célula de pressão intersticial é muito dependente da sua localizaçãorelativamente a uma fronteira drenante (camada de topo e/ou base ou geodreno) e que essalocalização em obra é sempre dificil de conhecer com rigor. Justifica-se, assim, que a análise sejafeita com valores médios do excesso da pressão interticial.

5 - RESULTADOS DE OBSERVAÇÃO OBTIDOS

Os resultados de observação obtidos nas marcas de assentamento e nas células de pressãointersticial são apresentados nas Figuras 4 a 18. Com base nesses resultados procurou-se, porajuste progressivo, identificar qual o conjunto de valores de parâmetros de cálculo que, aplicadosna solução teórica, permitem reproduzir, de forma tão próxima quanto possível, os resultados daobservação de todos os equipamentos. Nas referidas Figuras 4 a 18 são também apresentados osmodelos teóricos associados ao conjunto de valores de parâmetros de cálculo identificado comosendo o que melhor reproduz o comportamento global dos equipamentos.

Relativamente às referidas figuras, importa realçar, em primeiro lugar, que para o ajuste entre

Quadro 1 - Características geométricas dos locais onde foram instaladosos equipamentos de observação

Marcas deassentamento

Células de pressãointersticial

(cota em metros)

Espaçamentodos geodrenos

(m)

Cota dasuperfície doterreno (m)

Cota superiorda camadalodosa (m)

Cota inferiorda camadalodosa (m)

M1 1.3 2.5 1.0 -4.0

M3M5 C1 (-1.6) 1.3 2.5 0.5 -3.5

M2 M4 M6 C2 (-1.5) 1.5 2.5 1.5 -3.0

M7 M9 M11 M13 C3 (-1.6) C5 (-1.4) 1.3 2.5 0.0 -3.5

M8 M10 M12 C4 (-1.2) 1.5 2.5 0.5 -3.0

M14 M15 C6 (-1.5) 1.3 2.5 0.5 -3.0

M16 M17 M18 1.5 2.5 1.0 -2.5

M19 M20 M21 M22 1.5 2.5 1.5 -2.0

M23 M24 M25 M26 1.5 2.5 1.5 -0.5

resultados de observação e resultados numéricos foi necessário estimar o valor dos assentamentosjá processados quando os equipamentos foram instalados. De notar que as marcas deassentamento e as células foram instaladas quando já estava colocada a camada de materialdrenante existente na base dos aterros.

Por outro lado, importa referir que se procurou que os procedimentos construtivos a adoptar emobra correspondessem a uma prática corrente neste tipo de trabalhos geotécnicos, por forma amostrar que o tipo de acompanhamento do processo de consolidação apresentado neste trabalhoé possível em condições de obra corrente. Assim, alguns dos desvios localizados entre resultadosde observação e resultados numéricos podem estar associados a situções de obra, como porexemplo, a acumulação de terras num dado local do aterro, não registada, fruto de um eventualatraso no espalhamento e compactação dessas terras no aterro.

No que respeita à solução numérica, considerou-se, de forma simplificada, que a permeabilidadese mantém constante ao longo do tempo, embora a solução numérica permitisse ter em conta asua variação com a evolução da consolidação.

Por último, é de referir que as malhas de geodrenos, instaladas entre o princípio de Setembro de2003 e o final de Novembro de 2003, têm uma distribuição triangular em planta. Deste modo, oraio da zona de influência de cada geodreno é dado por 0.525 vezes o espaçamento entregeodrenos.

Como se pode observar nas Figuras 4 a 18, foi possível obter com a solução numéricadesenvolvida uma boa reprodução da evolução do processo de consolidação da camada lodosa,tanto em termos de assentamentos, como de excesso de pressão intersticial. Para todos osequipamentos, os ajustes entre dados de observação e modelo numérico foram obtidos com umúnico valor de cada parâmetro geotécnico utilizado na solução numérica:

S índice de compressibilidade, Cc, igual a 0.75;

S índice de vazios para uma tensão vertical de 1kPa, e0, igual a 2.9;

S coeficiente de consolidação na direcção vertical, cv, igual a 4x10-8m2/s;

S coeficiente de consolidação equivalente na direcção radial, cvr, igual a 6x10-8m2/s.

De notar que os valores dos três primeiros são idênticos aos determinados com o ensaioedométrico.

Importa realçar que estes valores para os principais parâmetros que controlam a consolidação doslodos foram obtidos considerando resultados de observação de um número muito significativode equipamentos de instrumentação, aos quais estão associados diferentes espaçamentos entregeodrenos, diferentes espessuras de materiais lodosos na fundação, diferentes alturas de aterrosexecutados e diferentes ritmos de construção dos aterros. Foi possível, assim obter um elevadonível de confiança relativamente aos valores identificados.

-25 -20 -15 -10

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Cot

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(m)

2003 2004 2005

Data (ano)

Observação Modelo numérico

Aterro

Figura 5 - Assentamentos observados nas marcas M3 e M5

-25 -20 -15 -10

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Data (ano)


Aterro

Figura 4 - Assentamentos observados na marca M1

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Data (ano)


Aterro

Figura 6 - Assentamentos observados nas marcas M2, M4 e M6

-25 -20 -15 -10

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Data (ano)


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Aterro

Figura 7 - Assentamentos observados nas marcas M7, M9, M11 e M13

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Figura 9 - Assentamentos observados nas marcas M14 e M15

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Aterro

Figura 15 - Excesso de pressão intersticial observado na célula C3

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ke 'kh ln (re/rw)

ln(re/rs) % (kh /ks) ln(rs/rw)(1)

6 - EFEITO DA PERTURBAÇÃO CAUSADA PELA CRAVAÇÃO DOS GEODRENOS

Com o processo de instalação dos geodrenos, o solo em torno do geodreno é perturbadoconduzindo ao designado “smear effect”. A dimensão da zona de perturbação depende de váriosfactores, entre eles o método de cravação dos geodrenos, a dimensão e forma da ponta daferramenta de cravação e as características do solo, nomeadamente, a sua estrutura. Este efeitode perturbação não foi explicitamente tido em conta na aplicação da solução numéricadesenvolvida mas, implicitamente, ele aparece contemplado no valor do coeficiente deconsolidação radial equivalente obtido do ajuste entre resultados de observação e resultados dasolução numérica.

No sentido de avaliar, no caso em estudo, a influência deste efeito de perturbação causado pelacravação dos geodrenos, foi considerado o procedimento simplificado apresentado por Lin et al.(2000). Segundo estes autores, esse efeito pode ser tido em conta considerando um coeficientede permeabilidade horizontal equivalente do solo dado por:

onde kh é o coeficiente de permeabilidade, na direcção horizontal, do solo não perturbado, ks éo coeficiente de permeabilidade, na direcção horizontal, do solo na zona perturbada, re é o raiode influência do geodreno, rw é o raio equivalente do dreno e rs é o raio da zona perturbada. Amesma relação pode ser expressa em termos de coeficiente de consolidação horizontal.

Dos resultados disponíveis, e tal como anteriormente referido, o valor médio do coeficiente deconsolidação horizontal do solo na direcção radial, obtido dos ensaios “in situ”, é de 1.5x10-7 m2/se o coeficiente de consolidação radial equivalente, obtido do ajuste entre resultados de observaçãoe resultados numéricos, é de 6.0x10-8m2/s. O raio equivalente de um geodreno, rw, é determinadocom base numa circunferência com igual perímetro ao de um geodreno, o qual, neste caso,conduz a 3.3cm.

Os dois últimos parâmetros - o raio da zona perturbada e o coeficiente de consolidação radial nazona perturbada - são de mais difícil determinação. Para o raio da zona perturbada, rs, Indraratnaand Redana (1998) propõem, a partir dos resultados duma série de ensaios de laboratório, que elese considere igual a 4 a 5 vezes o raio equivalente da ponta da ferramenta de cravação dosgeodrenos, rm. No caso em estudo, para uma área da ponta da ferramenta de cravação de 60cm2,ao que corresponde um valor de rm de 4.4cm, e assumindo rs igual a um valor intermédio daproposta de Indraratna and Redana (1998) de 4.5rm, obtém-se para rs um valor de 19.8cm.

Considerando o exposto, chega-se a um coeficiente de consolidação na direcção radial da zonaperturbada de 3.8x10-8m2/s a 4.0x10-8m2/s, para espaçamentos de geodrenos em malha triangularde 1.3m a 1.5m, tal como adoptado. Estes valores são idênticos aos obtidos para o coeficiente deconsolidação na direcção vertical, quer através dos ensaios em laboratório, quer por comparaçãoentre resultados de observação e resultados numéricos.

7 - CONCLUSÕES

Foi analisado neste trabalho um volume considerável de resultados de observação, obtidos demarcas de assentamento e células de medição de pressão intersticial, associados aoacompanhamento realizado do processo de consolidação da fundação lodosa de aterros. Comrecurso a uma solução numérica desenvolvida para o efeito, estes resultados permitiram calibrarum modelo de comportamento do solo lodoso, identificando-se os valores dos principaisparâmetros que condicionam esse processo de consolidação.

Os resultados de observação disponíveis correspondem a um período de observações de 14 mesese cobrem uma série de situações distintas, associadas a diferentes espaçamentos entre geodrenos,diferentes espessuras de materiais lodosos na fundação, diferentes alturas de aterros executadose diferentes ritmos de construção dos aterros.

Do estudo realizado pode concluir-se que o coeficiente de consolidação equivalente na direcçãoradial é cerca de 1.5 vezes superior ao coeficiente de consolidação equivalente na direcçãovertical.

Analisando o efeito de perturbação do solo associado à cravação dos geodrenos (“smear effect”)verifica-se que o valor do coeficiente de consolidação equivalente na direcção radial parece estarassociado a coeficientes de consolidação na direcção radial do solo não pertubado e do soloperturbado de, respectivamente, 1.5x10-7m2/s e 4.0x10-8m2/s, sendo o primeiro cerca de 4 vezessuperior ao segundo.

Uma nota final para a capacidade demonstrada pela solução numérica no acompanhamento daevolução do processo de consolidação da fundação lodosa. Como referido, a solução éprogramável numa folha de cálculo, podendo, por isso, ficar disponível em qualquer computadore permitindo, em condições correntes de obra, realizar uma permanente retro-análise dosresultados de observação.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Consulgeo (2002). TD VIA - Loteamento em Forte da Casa - Vila Franca de Xira. EstudoGeotécnico. Relatório.

Guedes de Melo, P. (2005). Avaliação numérica do desenvolvimento do processo de consolidaçãode solos moles associado à utilização de geodrenos. 2as Jornadas Luso-Espanholas deGeotecnia, LNEC.

Guedes de Melo, P. (2006). Aterros experimentais sobre fundações lodosas na zona deMarianhas do Mulato, Vila Franca de Xira. 10º Congresso Nacional de Geotecnia, Lisboa,pp.1177-1186.

Indraratna, B., Redana, I.W. (1998). Laboratory determination of smear zone due to vertical draininstallation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental engineering, Vol. 124, No.2,February., pp. 180-184.

Lin, D.G., Kim, H. K. and Balasubramaniam (2000). Numerical modeling of prefabricatedvertical drain. Geotechnical Engineering Journal of the Southeast Asian Geotechnical Society,

Vol. 31, No.2, August, pp. 109-125.

Teixeira Duarte (1997). TD VIA - Plano de pormenor entre Santa Iria da Azoia e Alverca. EstudoPrévio. Reconhecimento Geotécnico.

Teixeira Duarte (2002a). TD VIA - Loteamento em Forte da Casa - Vila Franca de Xira -Reconhecimento Geotécnico. Relatório. Março.

Teixeira Duarte (2002b). TD VIA - Loteamento em Forte da Casa - Vila Franca de Xira - Ensaiosde laboratório. Relatório. Março.

AGRADECIMENTOS

O autor deseja agradecer à empresa Teixeira Duarte, S.A. a possibilidade de levar a cabo estetrabalho, envolvendo um invulgar número de equipamentos de observação para este tipo de obras,e a autorização concedida para a publicação dos seus resultados.

desempenho de geodrenos na consolidação de materiais aluvionares do tejo

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