reinforcement and stabilization of quay wall at the mers-el-kebir

7/24/2019 REINFORCEMENT AND STABILIZATION OF QUAY WALL AT THE MERS-EL-KEBIR

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SOLUES DE REFORO E ESTABILIZAO DO MURO-CAIS NA BASE NAVAL DEMERS-EL-KEBIR, ARGLIA

REINFORCEMENT AND STABILIZATION OF QUAY WALL AT THE MERS-EL-KEBIRNAVAL BASE, ALGERIA

Joo Nncio,JetSJ Geotecnia, Lda., Lisboa, Portugal, [email protected] Tomsio,JetSJ Geotecnia, Lda., Lisboa, Portugal, [email protected]

Alexandre Pinto,JetSJ Geotecnia, Lda., Lisboa, Portugal, [email protected] Plcido, GMP, Porto Salvo, Portugal, [email protected]

RESUMO

No presente artigo so descritos os principais critrios de concepo e de execuo adoptados nas soluesde reforo e de estabilizao do cais da Base Naval de Mers-El-Kebir, na Algria. Os principaiscondicionalismos identificados, consistiram na necessidade de garantir condies de fundao para gruasde grande porte, assim como o aumento da largura da plataforma do cais, o qual implicou a execuoprvia de estacas cravadas frente do muro-cais existente. Esta cravao determinou uma reduo dacapacidade de carga do solo localizado sob o muro cais, comprometendo a estabilidade deste. O dispositivogeolgico do local, caracterizado por aterros recentes, com 10m de espessura, com fracas caractersticasgeomecnicas, recobrindo materiais argilosos e margosos, contribuiu igualmente para o agravamento dasituao. Neste enquadramento, verificou-se a necessidade de recorrer a uma soluo de fundaesindirectas constitudas por microestacas, para as fundaes dos carris das gruas, e a uma soluo derecalcamento por tratamento do terreno de fundao do muro cais atravs de colunas de Jet-Grouting, demodo a assegurar condies de fundao na base do muro-cais, compatveis com a estabilidade e boafuncionalidade deste.

ABSTRACT

The aim of this paper is to present the main design and execution criteria related with the solutionsadopted for the stabilization of the quay wall at Mers-El-Kebir naval base. The main constrains of theworks, namely the foundation requirements for large moving cranes, as well as the enlargement of the

dock platform which led to the execution of driven tubular steel piles in front of the existing quay wall.These driven piles caused a reduction of the soil bearing capacity in surrounding areas, and consequentlyof the stability of the quay wall. The local geological survey revealed the presence of a 10m thick land-fillplaced over marls. A deep foundations solution, using micropiles, was therefore developed for the cranetracks, as well as jet-grouting columns, in order to underpin the quay wall and improve the foundationground. These solutions were proposed in order to improve structural stability of the quay wall, as well asits serviceability.

1 -INTRODUO

Na sequncia de trabalhos anteriores de geotecnia martima (Pinto e Tomsio, 2011, e Grimont 1999) soapresentadas, no presente artigo, as solues propostas e executadas para os trabalhos de reforo e deestabilizao de um muro-cais, para acomodao de novas cargas de servio previstas, face aoalargamento da plataforma do cais e introduo de gruas rolantes de grande porte (Linden 8952 comcerca de 4200kN de peso total), da Base Naval de Mers-El-Kebir na Arglia.

Uma visita de reconhecimento submarina e terrestre realizada no local permitiu evidenciar deslocamentossignificativos ao nvel do muro-cais existente. De acordo com o levantamento realizado, estesdeslocamentos atingiram os 0,44m, valores incompatveis com o correcto funcionamento das gruasrolantes. Foi portanto identificada a necessidade ser realizado um reforo do cais existente.

No mbito do projecto de um alargamento do cais, o qual justificou a cravao de estacas tubulares numalinhamento paralelo ao do muro cais existente, operao que originou um incremento dos deslocamentosdo muro cais.

Face s formaes geolgicas identificadas, e anlise efectuada, foi proposto um reforo do muro-caisatravs da execuo de ancoragens. Estas foram realizadas a partir do coroamento das estacas tubularescravadas junto ao paramento existente do muro-cais, e seladas no substrato competente e geologicamenteestvel, face geometria do muro cais, ao nvel do substrato constitudo por materiais margosos.


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Uma vez que a cravao das estacas originou um enfraquecimento do solo de fundao do muro-caisexistente, foram tambm propostas fundaes indirectas para acomodar os carris das gruas rolantes. Estasoluo permitiu no incrementar as cargas de servio sobre a estrutura do muro-cais existente.

Figura 1 - Fotografia geral do local de interveno, antes do incio dos trabalhos e localizao da obra.

Figura 2 - Fotografia dos trabalhos de cravao das estacas tubulares.

2 -PRINCIPAIS CONDICIONAMENTOS

2.1 -PRINCIPAIS CONDIES DE VIZINHANA

O local de interveno encontra-se confinado entre o muro-cais Nascente e o elevador de barcos a Poente.Os trabalhos foram propostos de modo a minimizar o impacto na estabilidade das estruturas vizinhas.

No enquadramento descrito, as solues propostas e executadas tentaram minimizar o impacto no normalfuncionamento das estruturas e infra-estruturas, existentes no interior e exterior do recinto deinterveno, tendo sido compatibilizadas com o levantamento das mesmas, disponvel durante a fase deprojecto.

Conforme boa prtica em obras com o enquadramento da presente, foram realizadas, antes do incio dostrabalhos, diversas vistorias aos edifcios vizinhos, tendo ainda sido efectuado um levantamento dosdiversos servios enterrados. Estes levantamentos constituiriam um importante contributo para avaliar einterpretar o estado de conservao das estruturas vizinhas a conservar, assim como para confirmar ageometria e localizao das infra-estruturas existentes, permitindo uma adequada e atempada adaptao

das solues propostas ao cenrio real na obra.

N


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2.2 -GEOLOGIA, GEOTECNIA E HIDROLOGIA

As solues desenvolvidas foram apoiadas numa caracterizao geolgica e geotcnica, realizada a partirdos resultados de duas campanhas de reconhecimento geolgico e geotcnico, durante as quais seprocedeu execuo de quinze sondagens rotao, com recolha contnua de amostras, execuo deensaios SPT e medio do nvel de gua nos furos das mesmas sondagens.

O local de interveno caracteriza-se por um macio de aterros (ZG2), com a altura do muro-cais, cerca de

6,0m a 7,0m, no tardz do muro-cais existente assente sobre um substrato margoso (ZG1), o qualapresenta valores caractersticos de Nspt de 30 a 60 pancadas nos 5,0m superiores, sendo os terrenossubjacentes caracterizados por valores de Nspt superior a 60 pancadas.

No que toca hidrologia do local, como seria de esperar o nvel fretico corresponde ao nvel da gua domar Mediterrneo, estando este localizado a cerca de 2,5m abaixo da cota da plataforma do cais.

3 -SOLUES PROPOSTAS

Na concepo das solues preconizadas para esta interveno procurou-se, para alm assegurarnecessria estabilidade e funcionalidade do cais, respeitar os seguintes pressupostos de base:

Controlar as deformaes nos terrenos constituintes do cais, permitindo ainda a fcil adaptao da

soluo a eventuais singularidades de natureza geolgica e geotcnica; Controlar as deformaes ao nvel das fundaes das gruas rolantes;

Garantir a menor interferncia possvel com todas as estruturas e infra-estruturas adjacentes;

Procurar garantir facilidade, rapidez e segurana de execuo;

Definir solues com o menor custo associado possvel.

Dada a dimenso do muro cais a reforar, os dois ltimos pressupostos adquiriram especial importncia,razo pela qual estiveram na base das solues preconizadas.

3.1 -ESTABILIZAO E RECALAMENTO DO MURO-CAISComo soluo de estabilizao e recalcamento do muro-cais, foi proposto o recurso a ancoragensconstitudas por vares 47mm, em ao A950/1050, com dupla proteco contra a corroso, pr-esforadas e seladas ao nvel das margas, distribudas ao longo da viga de coroamento das estacastubulares cravadas, espaadas de 3,0m. Estas ancoragens, com uma inclinao de 20 com a vertical,asseguram o equilbrio dos impulsos responsveis pela instabilizao do muro-cais, tendo sido pr-esforadas com 300kN, cerca de 20% da capacidade de resistncia traco da seco de ao, de modo aminimizar os deslocamentos horizontais do muro-cais. Os bolbos de selagem destas ancoragens foramrealizados no substrato margoso competente, localizados abaixo da superfcie de escorregamento (Figura3), com cerca de 9.0m de comprimento.

Esta soluo permitiu garantir a estabilidade do muro-cais face ao seu peso prprio. No entanto, oincremento da sobrecarga de servio preconizada, nomeadamente devido s cargas das gruas rolantes de

grandes dimenses, poderia gerar uma aco total superior capacidade das ancoragens. Nesteenquadramento, foi necessrio implementar uma soluo de recalcamento que incluiu, em simultneo, afuno de fundaes indirectas para os carris das gruas.

3.2 -FUNDAES DAS VIGAS-CARRIL DAS GRUAS.

Face reduzida capacidade resistente dos aterros, foi proposta uma soluo de fundaes indirectas paraas vigas-carril das gruas rolantes compatibilizada com o recalcamento do muro-cais. Face ao tipo de cargastransmitidas pelas gruas ao terreno, bem como s condies geotcnicas, este tipo de fundaes apresentavantagens, quando comparadas com solues de fundaes directas, ao nvel do controle deassentamentos, e tambm por permitir uma transmisso directa das cargas aos substratos maiscompetentes, evitando assim o aumento de impulsos nos aterros, e consequentemente, no muro-cais.

Deste modo, para fundao da viga carril colocada do lado mar directamente sobre o muro-cais, forampropostas microestacas tubulares do tipo TM 177,8x10mm, em ao N80 (API5A), armadas com um varo47mm, em ao A950/1050, afastadas de 3,0m, ao longo da viga carril exterior, instaladas atravs de


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carotagem do referido muro cais. A selagem destas microestacas realizada atravs de colunas de Jet-Grouting, 800mm. Estas colunas, dispem de um comprimento mnimo de 2,0m no substrato margosocompetente (Nspt>60), abaixo da superfcie de deslizamento, evitando a transferncia de cargas para aestrutura do muro-cais, e em consequncia, o incremento de cargas gravoso para a estabilidade deste.

No caso da viga-carril do lado terra, a soluo de fundaes indirectas passou pela materializao decolunas de jet-grouting 1200mm, armadas no seu coroamento com um varo 32mm com 4,0m,afastadas de 1,5m, com um comprimento compatvel com uma entrega de 2,5m no substrato margoso

(30


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4 -DIMENSIONAMENTO

O comportamento do muro cais em termos de esforos e de deformaes, foi analisado, para todas asfases construtivas, atravs do programa de elementos finitos PLAXIS 2D 2010 (Figura 5), vocacionadopara o efeito.

Figura 5 Modelo de anlise numrica, e deslocamentos mximos.

A anlise realizada consistiu no estudo da seco considerada mais representativa do muro cais, com ointuito de avaliar as deformaes, estados de tenso e a estabilidade do macio, bem como de estimar osincrementos de deformao face s sobrecargas de servio previstas. Na Figura 5 apresenta-se umesquema representativo da seco tipo modelada.

Figura 6 Diagrama de tenses efectivas e determinao do factor de segurana.

Quadro 1. Parmetros geomecnicos dos diferentes horizontes considerados.

Horizontegeotcnico

FormaoSPT

(pancadas)

(kN/m3)()

c(kPa)

E[MPa]

K0 solo

ZG2 Aterros - 19 30 5 7 0,50 0,2

ZG1B Margas 30


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Na verificao da segurana da estabilidade do muro-cais, conforme ilustrado nas Figuras 5 e 6, foiadoptada a regulamentao nacional e internacional em vigor ou, em situaes no previstasregulamentarmente, metodologias de clculo reconhecidamente comprovadas (Bustamante e Doix, 1985).Os terrenos interessados foram modelados a partir dos parmetros geomecnicos apresentados no Error!Reference source not found.. Estes valores foram validados em fase de obra, atravs dos resultados dainstrumentao e observao e de um ensaio de carga de compresso realizado numa microestaca teste.

5 -ENSAIOS DE CARGA

Dada a complexidade da obra, considerou-se importante a confirmao dos parmetros que levaram aodimensionamento das solues de reforo e de estabilizao. Neste enquadramento, foi realizado umensaio de carga compresso de uma microestaca. A microestaca ensaiada foi constituda, semelhanadas microestacas de fundao da viga-carril do lado mar, por tubos em ao N80 177,8x10,0mm, armadoscom um varo DYWIDAG 47mm.

Figura 7 Corte e planta da estrutura de reaco e fotografia da estrutura em obra.

As leituras feitas aos alvos, deflectmetros e extensmetros permitiram avaliar o comportamento damicroestaca ensaiada, tendo sido esta selada no interior de uma coluna de Jet-Grouting, 800mm, comuma entrega de 2,0m ao nvel do substrato margoso (Nspt>60).

A estrutura de reaco do ensaio de carga foi apoiada, por sua vez, em duas estacas moldadas de betoarmado executadas para o efeito.

O ensaio de carga foi realizado em 2 ciclos de carga e descarga, com patamares de 1 hora a cadaincremento de 50kN. O primeiro ciclo de carga levou a microestaca carga de servio (1800 kN), enquantoque o segundo levou a microestaca carga ltima do ao (2700 kN).

Figura 8 Estacas de beto armado para apoio da estrutura de reaco.


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O primeiro ciclo permitiu portanto avaliar o comportamento da microestaca em condies de servio,caracterizado por deslocamentos plsticos reduzidos, e uma curva carga/deslocamento aproximadamenteconstante. O segundo ciclo permitiu aferir a validao da margem segurana da microestaca para osvalores de carga ltima, correspondente resistncia do ao.

5.1 -

SISTEMA DE LEITURAS

Os deslocamentos na microestaca teste foram medidos atravs de um sistema de leituras constitudo pelosseguintes elementos:

4 Extensmetros localizados ao longo do bolbo de selagem e a meio do comprimento livre da microestaca de ensaio;

2 Clulas de carga entre os macacos hidrulicos e a estrutura de reaco;

3 Deflectmetros colocados no coroamento da microestaca teste, fixos a uma estrutura dereferncia, fundada suficientemente longe da zona de perturbao do ensaio (C3, C4, e C5);

1 Deflectmetro colocado no coroamento de cada estaca de reaco;

4 Alvos topogrficos colocados sobre os macios de encabeamento da miroestaca e das estacas

de reaco.

Figura 9 Deflectmetros e clulas de carga em utilizao no ensaio de carga da microestaca teste.

O sistema proposto permitiu portanto a leitura directa das seguintes grandezas:

Deformao axial da microestaca a 4 profundidades diferentes;

A carga instalada do macaco hidrulico;

O assentamento ao nvel do coroamento da microestaca.


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Figura 10 Ensaio de carga de compresso da microestaca teste.

5.2 -

ANLISE DOS RESULTADOSOs resultados do 1ciclo de carga/descarga, como apresentado na Figura 11, do ensaio de compressorealizado, demonstram que os assentamentos, para cargas de servio so inferiores a 4 mm. No que dizrespeito deformao residual, aps descarga do 1ciclo, este de cerca de 1 mm. A microestacaapresentou portanto um comportamento quase elstico ao nvel do respectivo coroamento.

Figura 11 Leituras dos deflectmetros (C3 a C5) do coroamento da microestaca de teste: Carga - Deslocamento.

Os resultados do 2ciclo carga/descarga demonstram que os assentamentos plsticos da microestaca soigualmente reduzidos, quando esta foi submetida a uma carga correspondente a um estado limite ltimo.

NaFigura 12 so apresentadas as leituras dos mesmos deflectmetros, e das clulas de carga, em funodo tempo durante ambos os ciclos de carga e descarga.

As caractersticas de resistncia fluncia da microestaca ensaiada foram estimadas aps a determinaodo coeficiente de fluncia, ks, medido sobre dois intervalos de tempo, t1 e t2, conforme a seguinteequao:

1

2

12

log

sk

t

t

s

s

[1]

Onde:

ks - Coeficiente de fluncia.


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s2 - deslocamento medido no tempo t2.

s1 - deslocamento medido no tempo t1.

O valor obtido para o coeficiente de fluncia, para um perodo de tempo de 7h30, foi de cerca 0,17mm, no1ciclo, e 0,96mm, no 2ciclo, valores inferiores ao limite de 2,0mm, definido na norma EN1537, para ocaso de ancoragens. Estes valores indicam que as caractersticas do bolbo de selagem e do terreno semantm mobilizados, indicando fluncia muito reduzida quando submetidas a cargas de servio, tal como

evidenciado naFigura 12.No que diz respeito ao valor mximo mobilizvel da tenso de atrito lateral, no caso da microestaca teste,foi estimado em cerca de 240kPa.

Figura 12 Leituras dos deflectmetros (C3 a C5) do coroamento da microestaca de teste: Carga e DeslocamentoTempo.

6 -INSTRUMENTAO E OBSERVAO

NaFigura 13 so apresentados os resultados da monitorizao realizada aos blocos de topo do muro caisexistente. Esta monitorizao demonstra o deslocamento horizontal, no sentido do mar, do muro caisexistente, nomeadamente aps a cravao das estacas tubulares. Este movimento apenas apresentousinais de relativa estabilizao aps concluso dos trabalhos de execuo das colunas de jet-grouting,800mm, de tratamento da fundao do muro cais, no dia 9 de Outubro de 2011. Estes resultadosdemonstram portanto que, apesar de os trabalhos de reforo ainda no terem sido concludos, existe juma melhoria significativa da estabilidade do muro-cais existente.

Figura 13 Leituras de topogrficas dos blocos de topo do muro cais existente.


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Uma vez que esta monitorizao realizada sobre elementos que sero cobertos aquando da betonagemdo novo cais, foi necessrio definir um Plano de Instrumentao e Observao complementar, o qualpermitir, aps concluso dos trabalhos, assegurar, em fase de servio, o bom funcionamento das novasestruturas de estabilizao.

Tendo por base o enquadramento descrito e a complexidade das solues adoptadas na obra, foi assimpreconizada a implementao um Plano de Instrumentao e Observao Complementar (PIOC), com oobjectivo de assegurar a realizao dos trabalhos em condies de segurana para a obra e para as

estruturas e infra-estruturas vizinhas, bem como para validar atempadamente os pressupostos dedimensionamento considerados na fase de Projecto. No enquadramento descrito, foram preconizados osseguintes aparelhos:

2 alvos topogrficos, distribudos aos longo do cais;

14 marcas topogrficas, distribudas sobre os carris e o cais;

3 clulas de carga (C), para aferio da carga instalada nas ancoragens;

2 inclinmetros (I), a tardz do muro-cais.

Estes aparelhos permitiro a definio de perfis de observao, para os foi preconizada uma periodicidadede leitura semanal a trimestral aps a concluso dos trabalhos, durante os primeiros 3 anos. A partir dos

resultados dos clculos realizados para o dimensionamento das solues, foram definidos critrios de alertae de alarme, assim como medidas de reforo, caso os referidos critrios viessem a ser atingidos.

7 -PRINCIPAIS QUANTIDADES

As principais quantidades associadas aos trabalhos descritos apresentam-se noQuadro 2.

Quadro 2. Principais estimativas de quantidades.

Material Beto AoColunas de

Jet-GroutingColunas de

Jet-GroutingMicroestacas Ancoragens

Unidade

de medio

m kg (1200) mL (800) mL ml ml

Valor total 1.059 44.899 658 144 480 588

Figura 14 Fotografia dos trabalhos no Novo Cais, data de redaco deste artigo.


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Figura 15 Fotografia dos trabalhos no Novo Cais, data de redaco deste artigo.

8 -CONSIDERAES FINAIS

A dimenso e complexidade da obra apresentada determinou a implementao de uma diversidade desolues tcnicas e construtivas, definidas e compatibilizadas tendo por base os vrios condicionamentosexistentes. data de redaco do presente artigo os trabalhos encontram-se em fase final de execuo. Agesto do comportamento das solues adoptadas tem sido conseguida atravs da anlise e interpretaoatempada dos resultados da instrumentao e observao da obra, ferramenta indispensvel numa obracom as caractersticas da presente.

Ainda no mesmo mbito, destaca-se como factor importante, a versatilidade das solues implementadas,as quais tm possibilitado diversos ajustes e afinaes no decorrer da obra, em funo da informaoadicional que foi sendo recolhida e interpretada ao longo dos trabalhos.

Por ltimo, destaca-se a importncia do ensaio de carga realizado, o qual comprovou o bom desempenhodas microestacas, como elemento fundamental no sucesso da soluo proposta.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Dono de Obra, e ao Grupo Martimo Portugus, a autorizao para a redaco epublicao do presente artigo. Consideram ainda importante sublinhar que as solues implementadasresultaram de um trabalho de equipa, no mbito do qual deve ser destacado o papel importante dasempresas integrantes do GMP: Irmos Cavaco, SETH e OFM. Refere-se ainda que os trabalhos degeotecnia foram realizados pela empresa TEIXCO.

REFERNCIAS

Bustamante, M., Doix, B. (1985) Une methode pour le calcul de tirants et des micropieux injects,Bulletin de Liason desLaboratories des Ponts et Chausses, Ministre de Lquipement, du Logement, des Transports et de la Mer,Paris.

Pinto, A.; Tomsio, R.; Ravasco, J.; Marque, G. -Fill of the Terreiro do Trigo Dockyard in Lisbon over Alluvial and HardSoils - 15th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, September 2011, Athens,Greece, Part 2 3.1 Shallow Foundations, pp. 787 792. Comunicao apresentada em Poster.

Grimont, D.; Gueguen, J.-J.; Le Guennic, M. - Le Confortement du quai Carnot Concarneau, Travaux Maritimes, juillet-aot 1999.

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