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CAPÍTULO 8 – DRENO VERTICAL - TECDREN®
1. Generalidades
Os drenos verticais são denominados em inglês de “prefabricated vertical drains” (PVD)
ou mais comumente de ‘wick drains”. É freqüente a pergunta: por que a denominação
“wick drain”? Segundo Koerner, 1999, a resposta provável é porque este dreno é
cravado verticalmente no solo, ficando com as pontas inferiores inseridas em uma
camada abaixo do nível d’ água, e a água é expulsa desta sob pressão, parecendo uma
série mexas ou pavios.
O termo PVD (prefabricated vertical drains) também não é o mais apropriado, pois este
dreno pode ser utilizado em qualquer inclinação, e não só na vertical, sendo algumas
vezes usado até na horizontal.
Vários bilhões de metros lineares, deste tipo de dreno, já foram cravados no mundo
inteiro e o projeto para a determinação do espaçamento, da capacidade de vazão
necessária e da profundidade dos mesmos, assim como da sobrecarga adequada, para
que o recalque ocorra no prazo previsto, exige bons conhecimentos de mecânica dos
solos e de engenharia geotécnica.
O dreno vertical possui uma boa resistência à tração e quando são cravados com
distâncias de 1 a 2 m, de centro a centro, eles oferecem um efeito de reforço
considerável na camada, Koerner, 1999.
2. Histórico
Os drenos verticais começaram a ser usados no final dos anos 70 nos projetos
geotécnicos e de construções industriais sobre solos compressíveis, os quais sempre
requerem algum tipo de tratamento desta camada. Antes destes drenos, eram usadas
soluções como a colocação de uma sobrecarga, alternativa que pode levar muitos anos
para que ocorra o recalque total, ou o dreno vertical de areia mais uma sobrecarga.
3. Adensamento de Camadas Compressíveis usando Drenos Verticais
Quando se projeta qualquer construção em uma área, na qual a sondagem de
reconhecimento do subsolo indique a ocorrência de camada de solo compressível, é
usual provocar o pré-adensamento desta camada, para evitar recalques diferenciais,
que causam danos às estruturas construídas sobre os mesmos. Uma das técnicas de
adensamento destes solos é a colocação de um pré-carregamento em conjunto com
drenos verticais. Como os solos compressíveis são geralmente argilas saturadas ou
argilas siltosas saturadas, com elevado teor de umidade e baixa permeabilidade, um
pré-carregamento produz inicialmente um aumento da pressão intersticial, a qual é
dissipada gradualmente, fazendo com que ocorra o recalque e o aumento
correspondente das propriedades mecânicas do solo em questão.
Manual de Geossintéticos – 3ª edição
115
O tempo de adensamento em solos saturados de muito baixa permeabilidade varia
diretamente com o comprimento e espaçamento do dispositivo de drenagem.
O primeiro tipo de dreno vertical usado para esta finalidade foi o dreno de areia, pois
como a areia tem um coeficiente de permeabilidade maior que o do solo a sua volta, o
dreno torna-se um caminho de baixa energia potencial e a água da camada mole flui
vertical e radialmente através dos drenos sob o gradiente hidráulico produzido pelo
aterro de sobrecarga. Com isto, o comprimento do caminho de drenagem torna-se
muito curto, o que ajuda a aumentar a velocidade do processo de drenagem e,
conseqüentemente o adensamento da camada é acelerado, Kirmani, 2004.
Durante vários anos os drenos verticais de areias mais sobrecarga foram considerados
a solução com o melhor custo x benefício para o adensamento de solos compressíveis
saturados. Estes drenos, que têm sido utilizados desde 1930, consistem em estacas de
areia com diâmetro variando de 20 a 60 cm, espaçados de 1,5 a 6,0 m e comprimento
atingindo a cota final da camada de solo mole, através dos quais a água é retirada
desta camada. Após a execução dos drenos de areia, é colocada uma sobrecarga,
sobre toda a área do terreno, a qual vai sendo aumentada para forçar a eliminação da
água contida nos vazios do solo compressível.
Execução do Dreno Vertical de Areia
Apesar de já terem sido instalados milhões de drenos verticais de areia em todo o
mundo, há alguns problemas na sua utilização, como:
• Possibilidade de seccionamento do dreno durante sua execução.
• Possibilidade do solo de fundação sofrer cisalhamento durante a colocação da
sobrecarga, e devido ao pequeno diâmetro do dreno de areia, este não contribuir com
nenhuma resistência ao cisalhamento, o que limita a colocação dos incrementos da
sobrecarga a valores muito pequenos.
• Possibilidade de não haver jazida de areia nas proximidades da obra.
Manual de Geossintéticos – 3ª edição
116
• Necessidade de que o aterro de sobrecarga tenha altura grande (às vezes da ordem
de 10m ou mais), o que demanda grande volume de material de empréstimo para sua
execução.
• Quando o adensamento é completado, às vezes há necessidade de remover parte da
sobrecarga colocada, por exigência de projeto, e esta operação é difícil, além do custo
envolvido ser grande.
4. Dreno Vertical – Tecdren®
O dreno vertical Tecdren® é usado como alternativa ao dreno vertical de areia, para
acelerar a velocidade de recalque de construções executadas sobre solos moles,
podendo reduzir o tempo de ocorrência destes, de anos para apenas alguns meses. É
constituído por um núcleo maciço de PEAD – Polietileno de Alta Densidade, do qual
saem diversas pequenas paredes verticais nas duas faces, formando canais. O núcleo é
envolvido em um geotêxtil não-tecido, o qual funciona como filtro e separador,
deixando apenas a água penetrar no dreno. A água captada pelo dreno é conduzida
através dos canais do núcleo até a superfície do terreno, sendo drenada pela camada
drenante superior, colocada na superfície do terreno.
O dreno vertical Tecdren® é cravado no solo a ser adensado, por meio de uma haste e
uma ponteira. A haste é retirada, deixando o dreno Tecdren® dentro do solo, o qual se
fecha ao redor do mesmo. Na superfície do terreno, as pontas do dreno Tecdren®
cravado são interconectadas por uma camada de solo granular ou por um geocomposto
para drenagem, que conduzirão a água por eles drenada para um local apropriado.
Dreno Vertical Tecdren®
Manual de Geossintéticos – 3ª edição
117
®
5. Aplicações do Dreno Vertical – Tecdren
Tecdren® pode ser utilizado em vários tipos de obras geotécnicas e de proteção
ambiental, em drenagem vertical, horizontal ou qualquer outra inclinação:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Estradas rodoviárias e ferroviárias
Recuperação de pavimentos
Base de aterros reforçados
Taludes reforçados
Aceleração de recalques de camadas de solo compressível
Obras de proteção contra erosão
Drenagem e filtração do subsolo
Impermeabilização
Sistemas de drenagem
Muros reforçados com geogrelha ou geotêxtil
Coberturas de valas e aterros
6. Projeto e Dimensionamento dos Drenos Verticais
Dois parâmetros são importantes no projeto de drenos verticais: o espaçamento entre
eles e a capacidade de vazão.
6.1. Espaçamento
A determinação do espaçamento do dreno vertical é feita em função do tempo
requerido para o adensamento da camada mole. Geralmente é usado o tempo para que
ocorra 90% do recalque (t90), mas podem ser considerados tempos diferentes deste
também. Uma das formas de se calcular o espaçamento é fazendo uma analogia com
um dreno de areia, no qual a largura do dreno vertical determina o diâmetro do dreno
de areia equivalente. O cálculo é feito considerando-se o dreno vertical envolto em um
circulo vazio, tendo como diâmetro a sua largura, o qual se supõe preenchido com
areia usando uma porosidade estimada, para obter o diâmetro do dreno de areia
equivalente, Terzaghi & Peck, 1967.
6.2. Vazão
A vazão que passa pelo dreno vertical é determinada através de ensaio de laboratório,
conforme a norma ASTM D 4716. Segundo Koerner, 1999, valores de vazão usualmente
obtidos neste ensaio, para estes drenos com 100 mm de largura, quando submetidos a
gradiente hidráulico de 1,0 e pressão de 200 kPa, variam de 4,2 x 10-2 a
8,3 x 10-2 l/s.m. As tabelas de propriedades do item 9, mostram que a vazão do dreno
vertical Tecdren® é bem superior a estes valores.
No projeto os valores da vazão obtidos em ensaios devem ser reduzidos através de
coeficientes de redução, que levam em conta a intrusão do geotêxtil no núcleo, a
deformação do núcleo por creep, a redução de filtração do geotêxtil por colmatação
química e biológica e a possibilidade de que seja feita uma dobra no dreno devido a
carga exercida pela sobrecarga ou por falha na cravação. Portanto, a vazão admissível
(Qadm) será a vazão do ensaio (Qensaio) dividida pelo fator de redução (FR).
Manual de Geossintéticos – 3ª edição
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Qadm = Qensaio [1 / FRIN . FRCR . FRCC . FRBC . FRKG]
Ou, se todos os fatores de redução forem considerados juntos:
Qadm = Qensaio [1 / FRTotal]
Onde:
Qensaio = vazão determinada segundo a ASTM D 4716.
FRIN = fator de redução que leva em conta as deformações elásticas, ou intrusão, do
geotêxtil no núcleo do dreno vertical.
FRCR = fator de redução que leva em conta as deformações de creep do núcleo do
dreno vertical.
FRCC = fator de redução que leva em conta a colmatação química do geotêxtil e/ou
precipitação de produtos químicos nos canais do dreno.
FRBC = fator de redução que leva em conta a colmatação biológica do geotêxtil que
envolve o núcleo do dreno vertical.
FRKG = fator de redução que leva em conta possível dobra no dreno devido à carga
exercida pela sobrecarga ou por falha na cravação.
FRTotal = produto de todos os fatores de redução para as condições específicas da obra.
A tabela abaixo, Koerner 1999, fornece os fatores de redução recomendados para
alguns tipos de obras:
Fatores de redução preliminares para a determinação da vazão admissível (Qadm) dos
drenos verticais (wick drains) e geocompostos drenantes
Tipo de Obra
FRIN
FRCR
FRCC
FRBC
FRKG
Drenos verticais (wick drains)
Campos e Quadras Esportivas
Captação de capilaridade
Muros de arrimo, percolação em rocha
e em taludes de solos
Colchões drenantes
Drenos superficiais de cobertura de
aterros
Dreno testemunho em valas de
resíduos e aterros sanitários
Dreno sobre a geomembrana em valas
de resíduos e aterros sanitários
Drenos tipo geoespaçador para
estradas
1,5 a 2,5
1,0 a 1,2
1,1 a 1,3
1,0 a 2,5
1,0 a 1,5
1,0 a 1,2
1,0 a 2,0
1,0 a 1,2
1,1 a 1,5
1,0 a 1,2
1,1 a 1,3
1,1 a 1,3
1,0 a 4,0
-
1,3 a 1,5
1,2 a 1,4
1,1 a 1,5
1,0 a 1,5
-
1,3 a 1,5
1,2 a 1,4
1,0 a 1,2
1,0 a 1,2
-
1,3 a 1,5
1,1 a 1,4
1,0 a 1,2
1,2 a 1,5
-
1,5 a 2,0
1,4 a 2,0
1,5 a 2,0
1,5 a 2,0
-
1,5 a 2,0
1,4 a 2,0
1,5 a 2,0
1,5 a 2,0
-
1,2 a 1,8
1,5 a 3,0
1,1 a 5,0
1,0 a 1,2
-
Manual de Geossintéticos – 3ª edição
119
®
7. Vantagens do Dreno Vertical – Tecdren
A substituição do dreno vertical de areia pelos wick drains ou drenos verticais, tipo
Tecdren®, deve-se a várias vantagens oferecidas por este último, tais como:
• A resistência da camada de solo mole é significativamente aumentada pela cravação
dos drenos verticais (wick drains); no entanto, por ser um problema tridimensional é
difícil quantificá-la.
• Não há resistência ao escoamento da água, após sua entrada no dreno vertical.
• A cravação do dreno ocasiona baixo efeito de amolgamento no solo mole, devido à
pequena dimensão da haste de cravação.
• A instalação do dreno vertical é simples, rápida e econômica.
®
8. Instalação do Dreno Vertical – Tecdren
As fotos a seguir ilustram a instalação do Tecdren® e a seqüência executiva é a
seguinte:
Equipamento de Cravação do
Dreno Vertical
Manual de Geossintéticos – 3ª edição
Bobina do Dreno Vertical
durante a cravação
(From Koerner, 1999)
120
Dreno Vertical – Início da Cravação
(From Koerner, 1999)
Drenos Verticais Instalados
8.1. O Tecdren® é colocado em um perfil de aço vazado, o qual é cravado no solo, até a
camada que se quer adensar, na profundidade especificada no projeto.
8.2. Na ponta do perfil, o Tecdren® é dobrado ao redor de uma barra de aço ou outro tipo
de base.
8.3. Quando a profundidade prevista da cravação é atingida, perfil é retirado deixando o
Tecdren® dentro do solo.
8.4. O equipamento é então deslocado para o próximo ponto e o processo de cravação é
repetido.
8.5. Na superfície do terreno, as pontas dos Tecdren® cravados são interconectadas por
uma camada drenante de solo granular ou por um geocomposto drenante.
Manual de Geossintéticos – 3ª edição
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8.6. Geralmente o espaço entre estes drenos é de 1 a 2 m, dependendo do tempo
requerido para que haja o recalque total do solo compressível, o qual é determinado
pelo projeto.
8.7. O Tecdren® chega na obra em rolos, que são colocados no equipamento de cravação
dentro de um aro metálico, de forma a facilitar o desenrolar do dreno, à medida que
vai sendo cravado, como mostra a figura acima.
®
9. Propriedades do Dreno Vertical Tecdren
®
9.1. Tecdren 40 C
Dreno Vertical – Tecdren® 40 C
Drenagem
Capacidade Drenante para várias inclinações Método de
Vertical
Ensaio
Propriedade
Propriedade Hidráulica: Vazão [l/s.m]
Pressão / Gradiente →
1,0
20 kPa
50 kPa
100 kPa
200 kP\a
300 kPa
1,72
0,50
1,17
0,10
0,05
3,88 x 10
-1
-1
0,025
2,40 x 10
-1
2,28 x 10
-1
0,01
1,56 x 10
-1
1,20 x 10-1
1,49 x 10
-1
1,04 x 10-1 ASTM D4716
1,61
1,12
3,58 x 10
1,52
1,05
3,39 x 10-1 2,15 x 10-1 1,37 x 10-1 8,92 x 10-2
1,36
9,15 x 10-1 2,87 x 10-1 1,81 x 10-1 1,20 x 10-1 8,30 x 10-2
1,22
7,96 x 10-1 2,48 x 10-1 1,55 x 10-1 1,06 x 10-1 7,52 x 10-2
Propriedades Físicas e Apresentação do Tecdren®
Massa por unidade de
comprimento [g/m]
Espessura do Núcleo [mm]
Largura / Comprimento
Forma do Núcleo
Polímero do Núcleo
75
NBR 12568
5
100 mm / 200 m
Maciço com pequenos canais nas duas faces
Polietileno
NBR 12569
-
Propriedades Mecânicas
Resistência à Tração em Faixa
Larga [kN/m]
20
NBR 12824
Geotêxtil
Tipo e Polímero
Polímero
Tipo
Poliéster
Não-tecido
Manual de Geossintéticos – 3ª edição
-
122
®
9.2. Tecdren 80 C
Dreno Vertical – Tecdren® 80 C
Drenagem
Capacidade Drenante para várias inclinações Método de
Vertical
Ensaio
Propriedade
Propriedade Hidráulica: Vazão [l/s.m]
Pressão / Gradiente →
1,0
20 kPa
50 kPa
100 kPa
200 kP\a
300 kPa
0,50
0,10
0,05
0,025
0,01
6,27 x 10-1
3,79 x 10-1 1,08 x 10-1 6,51 x 10-2 3,88 x 10-2 2,45 x 10-2
5,40 x 10-1
3,23 x 10-1 9,18 x 10-2 4,97 x 10-2 3,19 x 10-2 2,07 x 10-2
-1
2,80 x 10-1 7,81 x 10-2 4,81 x 10-2 2,97 x 10-2 1,92 x 10-2
3,78 x 10-1
2,22 x 10-1 6,17 x 10-2 3,85 x 10-2 2,29 x 10-2 1,61 x 10-2
3,39 x 10-1
1,96 x 10-1 5,40 x 10-2 3,27 x 10-2 2,03 x 10-2 1,19 x 10-2
4,69 x 10
ASTM D4716
Propriedades Físicas e Apresentação do Tecdren®
Massa por unidade de
comprimento [g/m]
Espessura do Núcleo [mm]
Largura / Comprimento
Forma do Núcleo
Polímero do Núcleo
77
NBR 12568
5
100 mm / 200 m
Maciço com pequenos canais nas duas faces
Polietileno
NBR 12569
-
Propriedades Mecânicas
Resistência à Tração em Faixa
Larga [kN/m]
20
NBR 12824
Geotêxtil
Tipo e Polímero
Polímero
Tipo
Poliéster
Não-tecido
10. Referências Bibliográficas
10.1. Kirmani, S. M. H. (2004-2005). “Consolidation of Soil for Foundation by using
Sand Drains” – IEP – SAC Journal, pp. 49- 54.
10.2. Koerner, R. M. (1999). “Designing with Geosynthetics” – Fourth Edition. Prentice
Hall, N.J.
10.3. Terzaghi & Peck (1967). “Soil Mechanics in Engineering Practice” – John Wiley &
Sons, N.Y.
Manual de Geossintéticos – 3ª edição
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