atécnica de cutter soil mixing aplicada a escavações urbanas. aspectos gerais e caso de estudo.

246 Pages·2009·31.33 MB·Portuguese

A T C S M
ÉCNICA DE UTTER OIL IXING
A E U .
PLICADA A SCAVAÇÕES RBANAS
A G C
SPECTOS ERAIS E ASO DE
E .
STUDO

ESTELA DIANA COSTA SOUSA

Relatório de Projecto submetido para satisfação parcial dos requisitos do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM GEOTECNIA

___________________________________________________
Orientador: Professor Doutor Manuel António de Matos Fernandes

_________________________________________________
Co-orientador: Eng.º Artur Peixoto

OUTUBRO DE 2009
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2008/2009
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
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Editado por
FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
Rua Dr. Roberto Frias
4200-465 PORTO
Portugal
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(cid:1) http://www.fe.up.pt

Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja
mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -
2008/2009 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2009.

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À minha Família

“Destiny is no matter of chance. It is a matter of choice. It is not a thing to be waited for,
it is a thing to be achieved.”
William Jennings Bryan

A Técnica de Cutter Soil Mixing aplicada a Escavações Urbanas. Aspectos Gerais e Caso de Estudo.

AGRADECIMENTOS
Gostaria de expressar os meus sinceros agradecimentos a todas as pessoas que directa ou
indirectamente contribuíram para o cumprimento dos objectivos deste trabalho, em especial:
(cid:2) ao Professor Dr. Manuel de Matos Fernandes, pelo empenho e cuidado com que
orientou este trabalho, pela disponibilidade constante, pela quantidade e qualidade de
conhecimentos transmitidos e pelas sugestões que em muito enriqueceram este trabalho.
Acima de tudo obrigada por estimular nos alunos o interesse pela Geotecnia;
(cid:2) ao Eng.º Artur Peixoto, co-orientador deste trabalho, pela confiança, pelo apoio
concedido na recolha de elementos sobre a obra, pelos conhecimentos transmitidos ao
longo da realização deste trabalho e pelo entusiasmo que sabe transmitir a todos os que
com ele colaboram;
(cid:2) ao Professor Dr. António Viana da Fonseca, pela prontidão em prestar esclarecimentos,
pela preciosa ajuda sobretudo na fase de realização dos ensaios laboratoriais e pelos
artigos científicos disponibilizados;
(cid:2) ao Professor Dr. Rui Calçada pelo conhecimento transmitido e pelo esclarecimento de
algumas questões essenciais no arranque deste trabalho;
(cid:2) ao Sr. Pinto pela atenção e empenho dedicados à realização dos ensaios laboratoriais;
(cid:2) à Cláudia Moutinho pela prontidão em disponibilizar o material solicitado e pela ajuda
na realização das leituras inclinométricas e no respectivo tratamento de dados;
(cid:2) à Eng.ª Sara Rios pela disponibilização de material de consulta e pelos esclarecimentos
prestados ao longo do trabalho;
(cid:2) à Professora Dr.ª Joana de Sousa Coutinho pela troca de impressões sobre os resultados
dos ensaios laboratoriais;
(cid:2) aos colaboradores da empresa Geo-Rumo, em especial à Eng.ª Carla Cunha, ao Dr.
Jorge Peixoto, à Eng.ª Lara Dias e ao Sr. Mário Costa pelo acompanhamento durante as
visitas à obra, por me facultarem todos os elementos solicitados e pela simpatia;
(cid:2) à Eng.ª Ana Zaida pela amizade e incentivo;
(cid:2) a todos os colegas, especialmente aos Engenheiros João Almeida, Ricardo Coutinho,
João Cunha, João Miguel Rocha, João Barbosa e Miguel Amaral pela amizade e pela
troca de impressões ao longo da realização deste trabalho;
(cid:2) aos meus pais, pelos princípios que sempre me transmitiram ao longo da vida e pelo
apoio incondicional em todos os momentos;
(cid:2) à minha Tia Rosinha, por estar sempre presente e pelo carinho e apoio que sempre me
dedicou;
(cid:2) ao Filipe pela pessoa maravilhosa que é, por me fazer sorrir sempre e pela cumplicidade
demonstrada nesta fase tão importante.

iii

A Técnica de Cutter Soil Mixing aplicada a Escavações Urbanas. Aspectos Gerais e Caso de Estudo.
RESUMO
O presente estudo pretende ser um contributo para o conhecimento do comportamento de solos
tratados com a técnica de cutter soil mixing (CSM), com especial incidência para a sua aplicação a
escavações urbanas.
Esta técnica é enquadrada no âmbito dos métodos de melhoramento de solos, efectuando-se uma
comparação da mesma com os métodos tradicionais de deep soil mixing (DSM) e com a técnica de jet
grouting. A aplicação da técnica de CSM a escavações urbanas surge como alternativa a outras
soluções de contenção amplamente utilizadas. Nesse contexto, apresenta-se uma análise comparativa
entre esta técnica e outras soluções de contenção como as cortinas de estacas moldadas, as paredes
moldadas de betão armado e as cortinas tipo Berlim. Descrevem-se ainda sucintamente alguns
exemplos de aplicação da técnica de CSM em obras recentemente realizadas em Itália e nos Estados
Unidos da América.
Apresenta-se um caso prático de acompanhamento da aplicação da técnica de CSM que consiste na
estrutura provisória de suporte das escavações do parque de estacionamento subterrâneo
FUTURLAGOS, localizado na Frente Ribeirinha de Lagos. Este projecto insere-se no plano estratégico
de reformulação do sistema viário da Avenida dos Descobrimentos, na cidade de Lagos, constituindo a
primeira aplicação prática da técnica de CSM em Portugal. O estudo engloba o dimensionamento e a
modelação numérica da estrutura de suporte, bem como a comparação de resultados daquela
modelação com o comportamento observado em obra.
Os esforços e a geometria da estrutura de suporte são, numa fase inicial, calculados por via do método
de equilíbrio limite, procurando-se comparar os resultados obtidos por diferentes formas de
consideração da segurança. A modelação numérica é efectuada pelo método dos elementos finitos,
recorrendo-se ao programa PLAXIS®, com o objectivo principal de compreensão do funcionamento
das estruturas envolvidas e da interacção destas com os solos.
São descritos alguns aspectos técnicos relacionados com o processo de execução da cortina de
contenção e apresentados os resultados de ensaios laboratoriais realizados sobre provetes de solo
tratado, no âmbito do controlo de qualidade. Pelo facto de a técnica de CSM ser ainda muito recente, a
experiência de aplicação existente cinge-se a um conjunto reduzido de solos em todo o mundo, pelo
que o controlo de qualidade através de ensaios laboratoriais assume particular importância para a obra
em estudo e para futuras aplicações desta técnica em solos de características semelhantes.

PALAVRAS-CHAVE: melhoramento de solos, cutter soil mixing, estruturas de suporte, escavações
urbanas.

v

A Técnica de Cutter Soil Mixing aplicada a Escavações Urbanas. Aspectos Gerais e Caso de Estudo.
ABSTRACT
The present study intends to make a contribution to the knowledge about the behaviour of soils treated
with the cutter soil mixing technique (CSM). In this work special attention is given to the application
of this technique to urban excavations.
Cutter soil mixing belongs to the sphere of methods of soil improvement and, in this work, a
comparison is made between this technique and other traditional methods, such as deep soil mixing
(DSM) and jet grouting techniques. A comparative analysis is also be made with other solutions
commonly used in excavation retaining structures, such as concrete cast-in-place piles, diaphragm
walls and Berlin-type retaining walls. A few examples of the practical application of CSM in recent
works performed in Italy and in the USA are described.
The present work is formed on the application of the CSM technique as part of a temporary retaining
structure in an ongoing excavation to the construction of an underground parking lot located at the
riverside of Lagos. This project is included in the strategic plan of the regeneration of the Avenida dos
Descobrimentos, in the city of Lagos, being the first application of this technique in Portugal. The
study includes the design and the numerical modeling of the retaining structure, as well as a
comparison between the design numerical results and the ones observed during construction.
The stresses and the geometry of the retaining structure are initially calculated using the limit
equilibrium method, and the results obtained are then compared by different ways of safety evaluation
proposed in the current standards. The numerical model is based in the finite elements method using
the automatic calculation program PLAXIS®. The main purpose of this analysis is to achieve a better
understanding of the behaviour of the structures and their interaction with the adjacent soil.
Some technical details regarding the execution process of the retaining wall are described and some
laboratorial results are performed on samples of treated soil for quality control. Due to the fact of CSM
technique being very recent, the application experience existent is limited to a reduced set of soils
throughout the world. Therefore, the quality control, done by laboratorial tests, is to assume particular
importance in this case study and also in further applications of this technique in soils with similar
characteristics.

KEYWORDS: soil improvement, cutter soil mixing, support structures, urban excavations.

vii