UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
RODRIGO CEZAR XAVIER DOS SANTOS
ESTABILIZAÇÃO DE TALUDE ATRAVÉS DA TÉCNICA DE
SOLO GRAMPEADO - ESTUDO DE CASO
CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2009
RODRIGO CEZAR XAVIER DOS SANTOS
ESTABILIZAÇÃO DE TALUDE ATRAVÉS DA TÉCNICA DE
SOLO GRAMPEADO - ESTUDO DE CASO
Trabalho de conclusão de Curso, apresentado
como requisito para obtenção do grau de
Engenheiro Civil, no curso de Engenharia Civil
da Universidade do Extremo Sul Catarinense,
UNESC.
Orientador: Prof. MSc. Adailton Antônio dos
Santos
CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2009
RODRIGO CEZAR XAVIER DOS SANTOS
ESTABILIZAÇÃO DE TALUDE ATRAVÉS DA TÉCNICA DE
SOLO GRAMPEADO - ESTUDO DE CASO
Trabalho de Conclusão de Curso, aprovado
pela Banca Examinadora, para obtenção do
Grau de Engenheiro Civil, no Curso de
Engenharia Civil da Universidade do Extremo
Sul Catarinense, UNESC.
Criciúma, 30 de novembro de 2009.
BANCA EXAMINADORA
Prof. M. Sc. Adailton Antônio dos Santos – Engenheiro Civil – UNESC – Orientador
Eng°. Murilo da Silva Espíndola – Engenheiro Civil – Especialista – UFSC - Banca.
Eng°. Nicholas Alexander Muller – Engenheiro Civil – Diretor Técnico – FUNDASUL
Ltda.
“A Deus e a meus pais, pelo dom da vida”
AGRADECIMENTO
Primeiramente a Deus.
Ao Prof. MSc. Adailton Antônio dos Santos, por todos os seus atos como
orientador e como amigo, pela motivação e incentivo para que houvesse dedicação
no trabalho.
À Profª MSc. Evelise C. Zancan, Coordenadora de estágio e TCC do Curso de
Engenharia Civil da UNESC, por procurar sempre ser fonte de incentivo nesta etapa
árdua da formação acadêmica.
A todos os professores desta instituição, pela atenção e dedicação.
Aos colegas do curso de Engenharia Civil, pela amizade e respeito que
marcaram para sempre este período com eternas lembranças.
Aos amigos de toda a vida, pelas conversas descontraídas e apoio nos
momentos difíceis.
Aos
amigos
Renato
Guessi
e
Roberto
Glislere,
pela
amizade
e
companheirismo.
Em especial a minha namorada Ana Lúcia Bristot, pelo carinho, compreensão
e incentivo durante a etapa final do curso.
A empresa STE – Serviços Técnicos de Engenharia, em especial ao meu
amigo Robert Michel Nieves, pela compreensão e apoio nas horas em que precisei
me ausentar do trabalho para estudos.
A empresa CQG – Construtora Queiroz Galvão, pelas informações
concedidas, que viabilizaram a realização deste trabalho.
A empresa SOLOTRAT – em nome do Eng. Alberto Casati Zirlis, pelo
incentivo e informações concedidas.
Aos meus irmãos Orestes Alessandro Xavier dos Santos e Leandra Xavier
dos Santos, que sempre estiveram ao meu lado durante todas as minhas
conquistas, sempre auxiliando e incentivando na realização dos meus objetivos.
E finalmente aos meus pais, Orestes Freitas dos Santos e Olga Xavier,
responsáveis por tudo que sou, exemplos maiores de dedicação e trabalho e, que
nunca pouparam esforços para possibilitar a realização dos meus estudos.
“O êxito se esconde atrás da próxima
curva da estrada. Jamais saberei a que
distância está, a não ser que dobre a curva.”
Og Mandino
RESUMO
A necessidade de estabilização de taludes naturais e taludes de corte vêm se
tornando uma prática bastante comum no meio geotécnico. Diante da dimensão de
problemas geradores de instabilidade, verifica-se que os principais estão
relacionados às condicionantes naturais. Quando o assunto trata de uma rodovia
como a BR-101, seria inaceitável um problema gerado por instabilização de talude.
O projeto para a viabilização de um viaduto junto às obras de
restauração/duplicação da rodovia BR–101, cruzamento com a rodovia SC–444 no
município de Içara/SC necessitou de um corte de grandes proporções, gerando um
talude de corte, com seções de até 8 metros de altura. Este talude margeia a rodovia
por aproximadamente 500 metros. Logo, surgiu a necessidade de verificar a
condição de segurança deste talude e apresentar, em caso de uma eventual
necessidade, medidas preventivas ou corretivas, que viabilizem a execução do
mesmo, e garantam a segurança dos usuários da rodovia no referido trecho, uma
vez que a ruptura seria catastrófica, provocando provavelmente perdas de vidas
humanas e materiais. Visando definir as formas de prevenir esta catástrofe, dividiuse o trabalho em três tópicos. O primeiro tópico, trata da determinação do fator de
segurança do talude, através da análise de estabilidade das seções de projeto. Para
tanto, foram levantados dados referentes à geometria de projeto, investigações
geotécnicas e parâmetros de resistência ao cisalhamento dos solos que constituem
o talude. Nestas análises, foi observado que algumas das seções não atenderam ao
fator de segurança admissível adotado neste trabalho (FSadm ≥ 1,5), estabelecendo a
necessidade de se estabilizar e/ou reforçar o referido talude. O segundo tópico está
voltado para a definição da técnica de estabilização e/ou reforço deste talude. Em
princípio, foram introduzidos elementos de drenagem profunda (drenos subhorizontais), tendo em vista a influência do NA, na estabilidade do talude. A análise
de estabilidade das seções, com h≤6,0m, considerando que o NA passa pelo pé do
talude, devido a introdução dos elementos de drenagem, mostrou que a introdução
dos mesmos é suficiente para obtenção do FSadm. No entanto, nas seções, com
h>6,0m e NA passando pelo pé do talude, a introdução dos elementos de drenagem
não foi suficiente para elevar o fator de segurança, para 1,5. Logo, para atingir o
FSadm, no trecho do talude limitado por estas seções, optou-se por aplicar em
conjunto com a drenagem, a técnica de Solo Grampeado, responsável pela
introdução de elementos resistentes (grampos), no interior do solo. A análise de
estabilidade realizada considerando a introdução dos grampos demonstrou que nas
referidas seções o objetivo de atingir o FSadm foi alcançado. O terceiro tópico referese ao detalhamento do projeto executivo de estabilização e reforço do talude e do
orçamento para implantação do mesmo.
Palavras-Chave: Análise de Estabilidade. Fator de Segurança. Drenagem. Solo
Grampeado.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 01 - Exemplo de locação dos furos de sondagem ......................................... 25
Figura 02 - Equipamento de sondagem à percussão ............................................... 27
Figura 03 - Equipamento de sondagem rotativa ....................................................... 30
Figura 04 - Ensaio de cisalhamento direto ............................................................... 34
Figura 05 - Esquema da câmara de ensaio triaxial. ................................................. 35
Figura 06 - Envoltória de resistência obtida com resultados de ensaios de
compressão triaxial ................................................................................................... 36
Figura 07 - Esquema do contato entre grãos para definição de tensões ................. 38
Figura 08 - Esquema referente ao atrito entre dois corpos ...................................... 40
Figura 09 - Transmissão de forças entre partículas de areia e argila ....................... 41
Figura 10 - Representação dos critérios de ruptura ................................................. 43
Figura 11 - Análise do estado de tensões no plano de ruptura ................................ 43
Figura 12 - Variação de índice de vazios em carregamento isotrópico .................... 44
Figura 13 - Definições quanto à geometria de taludes ............................................. 49
Figura 14 - Forças atuantes em uma fatia genérica ................................................. 52
Figura 15 - Variação do fator f0 em função do parâmetro d/L e do tipo do solo........ 54
Figura 16 - Comparação do NATM com a técnica convencional de revestimento
rígido ......................................................................................................................... 59
Figura 17 - Aplicações da técnica do solo grampeado ............................................. 60
Figura 18 - Construção de estrutura em solo grampeado em escavações com
equipamentos mecânicos. ......................................................................................... 62
Figura 19 - Escavação da camada de solo .............................................................. 63
Figura 20 - Perfuração do solo ................................................................................. 63
Figura 21 - Introdução dos elementos resistentes .................................................... 63
Figura 22 - Proteção da superfície ........................................................................... 63
Figura 23 - Processo de escavação em bancadas ................................................... 65
Figura 24 - Detalhes dos grampos injetados ............................................................ 67
Figura 25 - Tipos de cabeça de grampos ................................................................. 69
Figura 26 - Máquina ou bomba de projeção por via seca ......................................... 73
Figura 27 - Detalhe do dreno profundo ..................................................................... 75
Figura 28 - Detalhe dos drenos tipo barbacã e de paramento ................................. 76
Figura 29 - Mobilização de esforços nos grampos nas zonas ativa e passiva ......... 78
Figura 30 - Modelos de ruptura ................................................................................ 80
Figura 31 - Ensaio de arrancamento ........................................................................ 82
Figura 32 - Detalhe do mapa geológico da região de Içara (região do estudo) ........ 89
Figura 33 - Mapa localização Lote 27 (região do estudo) ......................................... 90
Figura 34 - Localização da área objeto de estudo .................................................... 91
Figura 35 - Km 380,873 - Greide de pavimentação e terreno natural....................... 92
Figura 36 - Km 380,873 - Novo greide de pavimentação e terreno natural .............. 94
Figura 37 - Geometria de corte................................................................................. 95
Figura 38 - Planta de localização furos de sondagem .............................................. 97
Figura 39 - Perfil estratigráfico estimado das seções de 6 a 8 metros ..................... 98
Figura 40 - Perfil estratigráfico estimado das seções de 4 e 5 metros ..................... 98
Figura 41 - Seção de análise 4,0 metros de altura ................................................. 100
Figura 42 - Seção de análise 5,0 metros de altura ................................................. 100
Figura 43 - Seção de análise 6,0 metros de altura ................................................. 101
Figura 44 - Seção de análise 7,0 metros de altura ................................................. 101
Figura 45 - Seção de análise 8,0 metros de altura ................................................. 101
Figura 46 - Planta de situação da seção crítica ...................................................... 102
Figura 47 - Superfície de ruptura para seção crítica ............................................... 104
Figura 48 - Superfície de ruptura para seção crítica considerando drenagem ....... 107
Figura 49 - Superfície de ruptura para seção crítica considerando drenagem e Solo
Grampeado ............................................................................................................. 111
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 - Proporção da área em relação aos furos de sondagem ........................ 25
Tabela 02 - Correlações básicas do Nspt – Compacidade ....................................... 28
Tabela 03 - Correlações básicas do Nspt – Consistência ......................................... 28
Tabela 04 - Grau de alteração .................................................................................. 31
Tabela 05 - RQD (Designação Qualitativa da Rocha) .............................................. 32
Tabela 06 - Grau de fraturamento............................................................................. 32
Tabela 07 - Grau de coerência ................................................................................. 33
Tabela 08 - Valores típicos de ângulo de atrito interno efetivo para tensões acima da
tensão de pré-adensamento...................................................................................... 46
Tabela 09 - Fatores de segurança admissíveis recomendados ................................ 51
Tabela 10 - Altura das etapas de escavação ............................................................ 64
Tabela 11 - Tipos de barras de aço .......................................................................... 66
Tabela 12 - Proteção anticorrosiva proposta na NBR 5629 ...................................... 70
Tabela 13 - Especificações de projeto com grampos injetados ................................ 70
Tabela 14 - Estruturas com face vertical e topo horizontal ....................................... 72
Tabela 15 - Métodos de análise ................................................................................ 79
Tabela 16 - Quantidade de ensaios de arrancamento .............................................. 83
Tabela 17 - Coluna estratigráfica regional ................................................................ 87
Tabela 18 - Parâmetros geotécnicos adotados......................................................... 99
Tabela 19 - Análise de estabilidade das seções adotadas ..................................... 103
Tabela 20 - Análise de estabilidade da seção crítica – Fatores de segurança obtidos
com a variação do NA em relação ao pé do talude ................................................. 105
Tabela 21 - Análise de estabilidade das seções adotadas considerando o talude
drenado ................................................................................................................... 107
Tabela 22 - Propriedades das barras de aço utilizadas como grampos ................. 109
Tabela 23 - Carga de trabalho para barra de aço CA-50 25mm ............................. 109
Tabela 24 - Análise de estabilidade Solo Grampeado – Fatores de segurança
variando inclinação dos grampos ............................................................................ 110
Tabela 25 - Análise de estabilidade Solo Grampeado – Fatores de segurança
considerando elementos de reforço e drenagem .................................................... 112
Tabela 26 - Elementos de drenagem profunda (DHP) – Arranjo dos drenos por
seção ....................................................................................................................... 112
Tabela 27 - Análise de estabilidade Solo Grampeado – Arranjo dos grampos por
seção ....................................................................................................................... 113
Tabela 28 - Análise de estabilidade Solo Grampeado – Seções para introdução dos
elementos de estabilização ..................................................................................... 114
Tabela 29 - Análise de estabilidade das seções adotadas, considerando todas as
situações impostas .................................................................................................. 115
Tabela 30 - Preços de serviços para a estabilização de taludes ............................ 117
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 01 - Relação entre FSmin e variação na altura das seções ......................... 103
Gráfico 02 - Valores dos diferentes FSmin em função do nível do lençol freático em
relação ao pé do talude ........................................................................................... 106
Gráfico 03 - Valores dos diferentes FSmin em função da inclinação dos grampos . 111
Gráfico 04 - Valores dos diferentes FSmin para o método de Janbu Simplificado ... 117
Gráfico 05 - Preços dos serviços utilizados para contenção dos taludes ............... 118
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABMS – Associação Brasileira de Mecânica dos Solos
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
CBR – Índice de Suporte Califórnia
CD – Consolidated Drained
CQG – Construtora Queiroz Galvão
CU – Consolidated Undrained
DER – Departamento de Estradas de Rodagem
DHP – Dreno Horizontal Profundo
DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura Terrestre
Eh – Empuxo Hidrostático
FRP - Fiber reinforced plastics
FS – Fator de Segurança
LMS – Laboratório de Mecânica dos Solos
NA – Nível D’água
NATM - New Austrian Tunneling Method
NBR – Normas Brasileiras
NSPT – Número de Golpes do SPT
RQD – Designação Qualitativa da Rocha
SPT – Standart Penetration Test
STE – Serviços Técnicos de Engenharia (Consultora)
UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina
UU – Unconsolidated Undrained
VL – Via Lateral
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 18
1.1 TEMA .................................................................................................................. 18
1.2 PROBLEMA ........................................................................................................ 18
1.3 JUSTIFICATIVA .................................................................................................. 19
1.4 OBJETIVOS ........................................................................................................ 20
1.4.1 Objetivo Geral .................................................................................................. 20
1.4.2 Objetivos Específicos ....................................................................................... 20
2 REVISÃO BIBILIOGRÁFICA ................................................................................. 21
2.1 Investigações geotécnicas .................................................................................. 21
2.1.1 Objetivos do programa de investigação geotécnica ......................................... 21
2.1.2 Escolha do método e amplitude da prospecção ............................................... 22
2.1.3 Etapas na investigação geotécnica .................................................................. 22
2.1.4 Classificação dos métodos de investigação geotécnica ................................... 23
2.1.5 Ensaios de campo ............................................................................................ 23
2.1.6 Sondagem ........................................................................................................ 23
2.1.6.1 Sondagens à percussão com circulação d’água (sondagens de simples
reconhecimento)........................................................................................................ 24
2.1.6.1.1 Número, locação e profundidade dos furos de sondagem ......................... 24
2.1.6.1.2 Vantagens da sondagem SPT.................................................................... 25
2.1.6.1.3 Equipamentos utilizados............................................................................. 26
2.1.6.1.4 Índice de resistência à penetração Nspt..................................................... 27
2.1.6.1.5 Fatores que influenciam no valor do Nspt .................................................. 28
2.1.6.2 Sondagem rotativa ........................................................................................ 29
2.1.6.2.1 Equipamentos ............................................................................................ 29
2.1.6.2.2 Amostragem ............................................................................................... 30
2.1.6.2.3 Grau de alteração ....................................................................................... 31
2.1.6.2.4 RQD (designação qualitativa da rocha) ...................................................... 32
2.1.6.2.5 Grau de fraturamento ................................................................................. 32
2.1.6.2.6 Grau de coerência ...................................................................................... 33
2.2 Ensaios de laboratório ......................................................................................... 33
2.2.1 Ensaios para determinação dos parâmetros de resistência dos solos ............. 34
2.2.1.1 Ensaio de cisalhamento direto ...................................................................... 34
2.2.1.2 Ensaio de cisalhamento triaxial ..................................................................... 35
2.2.1.3 Ensaios triaxiais convencionais ..................................................................... 37
2.2.1.4 Ensaio adensado não drenado (CU) ............................................................. 37
2.3 Tensões nos solos .............................................................................................. 38
2.3.1 Tensão deformação e resistência dos solos .................................................... 39
2.3.2 Resistência ao cisalhamento dos solos ............................................................ 39
2.3.3 Atrito ................................................................................................................. 40
2.3.4 Coesão ............................................................................................................. 41
2.3.5 Critérios de ruptura ........................................................................................... 42
2.3.6 Resistência das argilas..................................................................................... 44
2.3.7 Resistência das argilas em termos de tensões efetivas ................................... 44
2.4 Movimentos de massa ........................................................................................ 46
2.4.1 Classificação dos movimentos de massa quanto ao tipo de movimento .......... 47
2.4.2 Causas dos escorregamentos .......................................................................... 48
2.5 Estabilidade de taludes de terra .......................................................................... 49
2.5.1 Métodos de análise de estabilidade ................................................................. 51
2.5.2 Método de Janbu simplificado .......................................................................... 53
2.5.3 Influência da água no solo e em estruturas de contenção ............................... 54
2.6 Obras de Contenção ........................................................................................... 55
2.6.1 Cortina Atirantada ............................................................................................ 56
2.6.2 Solo Grampeado .............................................................................................. 56
2.7 Solo Grampeado ................................................................................................. 57
2.7.1 Histórico ........................................................................................................... 57
2.7.2 Conceitos ......................................................................................................... 59
2.7.3 Execução da técnica ........................................................................................ 61
2.7.4 Fases de execução .......................................................................................... 63
2.7.4.1Escavação da camada de solo....................................................................... 64
2.7.4.2 Perfuração do solo ........................................................................................ 65
2.7.4.3 Introdução dos elementos resistentes ........................................................... 66
2.7.4.3.1 Grampos Injetados ..................................................................................... 66
2.7.4.3.2 Grampos cravados ..................................................................................... 70
2.7.4.3.3 Geometria dos grampos ............................................................................. 71
2.7.4.4 Proteção da superfície................................................................................... 72
2.7.5 Medidas preventivas quanto à presença de água ............................................ 74
2.7.6 Vantagens ........................................................................................................ 76
2.7.7 Limitações ........................................................................................................ 77
2.7.8 Modelos de análise e métodos de projeto ........................................................ 78
2.7.9 Comportamento mecânico do grampo ............................................................. 80
2.7.10 Ensaios de arrancamento............................................................................... 81
3 METODOLOGIA DO TRABALHO ......................................................................... 84
4 EXPOSIÇÃO DOS DADOS ................................................................................... 86
4.1 Estudos geológicos ............................................................................................. 86
4.1.1 Relatório ........................................................................................................... 86
4.2 Área de estudo .................................................................................................... 90
4.3 Projeto inicial Km 380,873 ................................................................................... 91
4.3.1 Alteração de projeto Km 380,873 ..................................................................... 93
4.3.2 Projeto Km 380,873 .......................................................................................... 93
4.4 Análise de estabilidade........................................................................................ 94
4.4.1 Definição da geometria do talude de corte ....................................................... 95
4.4.2 Sobrecargas atuantes no talude....................................................................... 95
4.4.3 Método abordado para análise de estabilidade do talude ................................ 96
4.4.4 Perfis estratigráficos adotados ......................................................................... 96
4.4.5 Determinação dos parâmetros geotécnicos ..................................................... 99
4.4.6 Seções adotadas na análise de estabilidade ................................................... 99
4.4.6.1 Análise de estabilidade global das seções adotadas .................................. 102
4.5 Alternativa de técnicas para a estabilização e/ou reforço do talude de corte .... 104
4.6 Análise de estabilidade global das seções adotadas aplicando a técnica de
drenagem do solo.................................................................................................... 105
4.7 Escolha da estrutura de reforço de talude ......................................................... 108
4.7.1 Características dos grampos .......................................................................... 109
4.7.2 Análise de estabilidade global das seções reforçadas ................................... 110
4.8 Configuração dos drenos e grampos utilizados para estabilização dos taludes 112
5 ANÁLISE DOS RESULTADOS ........................................................................... 115
5.1 Análise de Custos ............................................................................................. 117
6 CONCLUSÕES .................................................................................................... 119
7 RECOMENDAÇÕES ............................................................................................ 121
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 122
ANEXOS ................................................................................................................. 126
ANEXO A – Boletins de Sondagem ........................................................................ 127
APÊNDICES ........................................................................................................... 134
APÊNDICE A – Análises de Estabilidade das Seções ............................................ 135
APÊNDICE B – Análises de Estabilidade das Seções Considerando elementos de
Drenagem................................................................................................................ 139
APÊNDICE C – Análises de Estabilidade das Seções Considerando elementos de
Drenagem e técnica de Solo Grampeado ............................................................... 143
APÊNDICE D – Projeto Executivo de Estabilização de Talude ............................... 145
18
1 INTRODUÇÃO
1.1 TEMA
Estabilização de Talude Através da Técnica de Solo Grampeado - LOTE
27 – BR-101/SUL - Estudo de Caso.
1.2 PROBLEMA
Quando executado um talude de corte é preciso analisar a situação,
para que o fator de segurança encontrado não fique abaixo do fator admissível
para a obra em questão. A intenção destas análises é de fornecer
principalmente condições de segurança aos usuários, para isso é necessária
uma verificação quanto às condições de estabilidade dos taludes formados.
A rodovia BR-101 é margeada por vias laterais (VL) nos lados direito e
esquerdo que se estendem ao longo de quase toda a rodovia; estas vias
possibilitam o acesso aos povoados vizinhos, que muitas vezes, se localizam
em um raio potencial de alcance de um movimento de massa. Estas
edificações estariam em risco caso ocorresse alguma ruptura dos taludes dos
cortes. A rodovia BR-101 não deve ter sua operação afetada, pois obviamente,
isto acarretaria em diversos problemas.
19
1.3 JUSTIFICATIVA
Ao longo das obras de duplicação da BR-101, alguns pontos necessitam
de atenção especial, quanto às condições de estabilidade de taludes de corte.
Caso seja verificada a condição de instabilidade destas obras, é
necessária a intervenção, atuando com técnicas de estabilização e/ou reforço.
O material proveniente deste estudo contribuirá para o conhecimento de
mais uma técnica que vem se tornando um método consagrado, tendo em vista
a estabilização segura e definitiva de cortes e taludes naturais instáveis, a esta
se dá o nome de Solo Grampeado.
20
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo Geral
O presente trabalho tem por objetivo verificar as condições de
estabilidade do talude de corte, objeto de estudo, e definir em caso de
necessidade, as medidas preventivas ou corretivas, que viabilizem a execução
do projeto, garantindo um FSadm ≥ 1,5.
1.4.2 Objetivos Específicos
Apresentar a topografia da área destinada à implantação da obra
objeto de estudo;
Estudar a geologia regional e local;
Determinação da estratigrafia do solo no local;
Levantar os parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo, que
constituem o talude objeto de estudo;
Aplicar o método de análise de estabilidade de Janbu Simplificado
(1973), para determinar o coeficiente de segurança, quanto à
estabilidade global do talude de projeto;
Aplicar o método de análise de estabilidade de Janbu Simplificado
(1973), para determinar o coeficiente de segurança, quanto à
estabilidade global do talude de projeto após a aplicação de
elementos de drenagem e da Técnica de Solo Grampeado;
Elaborar o projeto de estabilização e/ou reforço do talude;
Determinar os custos para execução do projeto de estabilização e/ou
reforço do talude.
21
2 REVISÃO BIBILIOGRÁFICA
Buscando alcançar os objetivos listados no capítulo anterior, descrevese a seguir, a revisão bibliográfica, para a melhor compreensão da pesquisa e
temas que elucidam a obra objeto de estudo.
2.1 Investigações geotécnicas
Os estudos de engenharia referentes ao levantamento geotécnico visam
à obtenção da natureza do maciço de solo; do posicionamento espacial das
diversas camadas, dos parâmetros físicos e mecânicos e suas variações
espaciais e da posição do nível do lençol freático (NA), através da execução de
sondagens à percussão, mista e à trado; de poços e trincheiras; ensaios de
laboratório e “in situ”; coleta de amostras e observação do nível do lençol
freático, tão importantes para as definições preliminares de um projeto. É
através da escolha do melhor método de contenção, que se prevêem custos e
prazos para a realização de um empreendimento geotécnico.
2.1.1 Objetivos do programa de investigação geotécnica
Deve-se ter em mente os objetivos de um programa de investigação
geotécnica, que são:
Determinação da extensão, profundidade e espessura das camadas
do subsolo até uma determinada profundidade. Descrição do solo de
cada
camada,
compacidade
ou
consistência,
cor
e
outras
características perceptíveis;
Determinação da profundidade do nível do lençol freático, lençóis
artesianos ou suspensos;
Informações sobre a profundidade da superfície rochosa e sua
classificação, estado de alteração e variações;
22
Dados sobre propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos ou
rochas tais como compressibilidade, resistência ao cisalhamento e
permeabilidade.
2.1.2 Escolha do método e amplitude da prospecção
Depois de estabelecidos os objetivos do programa de investigação
geotécnica, a próxima etapa é a escolha do método e amplitude da
prospecção, que deve levar em conta, os itens relacionados abaixo:
Finalidade e proporções da obra;
Características do terreno;
Experiências e práticas locais;
Custo.
2.1.3 Etapas na investigação geotécnica
Dependendo dos objetivos a serem alcançados, poderá ser feita uma
investigação geotécnica em qualquer etapa da obra. As principais etapas são:
Investigações
de
reconhecimento:
natureza
das
formações
geológicas (e pedológicas) locais e principais características do
subsolo - definição de áreas mais próprias para as obras;
Explorações para anteprojetos e projeto básico: escolha de soluções
e dimensionamento;
Explorações para projeto executivo: informações complementares
sobre o comportamento geotécnico dos materiais - resolução de
problemas específicos do projeto;
Explorações durante a construção: necessárias no caso de
imprevistos na fase de construção.
23
2.1.4 Classificação dos métodos de investigação geotécnica
A classificação divide-se em métodos diretos e indiretos, conforme
descritos a seguir:
Métodos Diretos: permitem a observação direta do subsolo, ou através
de amostras coletadas ao longo de uma perfuração, ou a medição direta de
propriedades “in situ” (escavações, sondagens e ensaios de campo;).
Métodos Indiretos: as propriedades geotécnicas dos solos são
estimadas, indiretamente, pela observação à distância ou pela medida de
outras grandezas do solo (sensoriamento remoto e ensaios geofísicos.).
2.1.5 Ensaios de campo
Os ensaios de campo permitem que o solo seja ensaiado em seu estado
natural, podendo detectar a presença de lençol freático, além da estratigrafia
do local.
2.1.6 Sondagem
Sondagem é o processo mais comum de investigação do solo e
amplamente utilizado por se tratar de um procedimento de simples execução. É
basicamente constituído pelas etapas de perfuração e amostragem. As mais
utilizadas são:
Sondagem a percussão: de simples reconhecimento do subsolo, e que,
se associada ao ensaio de penetração dinâmica (SPT) pode medir a
resistência do solo à penetração ao longo da perfuração.
Sondagem rotativa: empregada caso haja necessidade de investigação
de camadas em que a sondagem a percussão, não consiga perfurar, como
exemplo, blocos de rocha.
24
A sondagem rotativa em ação conjunta com a sondagem a percussão,
caracteriza a sondagem mista.
2.1.6.1 Sondagens à percussão com circulação d’água (sondagens de
simples reconhecimento)
Método para investigação dos solos em que o terreno é perfurado
através do golpeamento do fundo do furo, com peças de aço cortantes. O
processo de avanço por lavagem facilita o corte, reduz o atrito lateral e traz até
a superfície, o material desagregado.
No Brasil, o ensaio de SPT “Standard Penetration Test”, como é
conhecido, segue as recomendações da NBR 6484/2001 – Solos - sondagens
de simples reconhecimento com SPT; método de ensaio.
2.1.6.1.1 Número, locação e profundidade dos furos de sondagem
Estes também estão padronizados pela NBR 8036/83 - Programação de
sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios.
A norma apresenta quantidade, locação e profundidade dos furos que
deverão ser executados, conforme a área projetada da construção.
A Tabela 01 apresenta a quantidade de furos que devem ser
executados, segundo a norma.
25
Tabela 01: Proporção da área em relação aos furos de sondagem;
Área de projeção da construção
(m²)
< 200
200 a 600
600 a 800
800 a 1000
1000 a 1200
1200 a 1600
1600 a 2000
2000 a 2400
> 2400
Numero mínimo de furos
2
3
4
5
6
7
8
9
a critério
Fonte: NBR 8036/83
A locação dos furos deve cobrir toda a área de interesse, e a distância
entre furos não deve ser superior a 30 metros, ver Figura 01.
Figura 01 – Exemplo de locação dos furos de sondagem
Fonte: NBR 8036/83.
A profundidade dos furos deve considerar a profundidade provável das
fundações e do bulbo de tensões, gerados pela fundação prevista, como
também, as condições geológicas locais.
2.1.6.1.2 Vantagens da sondagem SPT
O ensaio SPT é reconhecidamente a mais popular, rotineira e
econômica ferramenta de investigação de solos em praticamente todo o
mundo, apresentando as seguintes vantagens:
Custo relativamente baixo;
26
Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de
difícil acesso;
Permite descrever o subsolo em profundidade e a coleta de
amostras;
Fornece um índice de resistência e penetração correlacionável com a
compacidade ou a consistência dos solos;
Possibilita a determinação do nível freático (com ressalvas).
2.1.6.1.3 Equipamentos utilizados
Existem
diferentes
técnicas
de
perfuração,
equipamentos
e
procedimentos de ensaio nos diferentes países. Na prática brasileira os
equipamentos utilizados são:
Tripé com sarrilho, roldana e cabo;
Tubos de revestimento;
Hastes de aço roscável;
Martelo cilíndrico ou prismático com coxim de madeira para cravação
das hastes e tubos de revestimento (peso = 65 kg);
Amostrador padrão bipartido, dotado de dois orifícios laterais para
saída de água e ar;
Conjunto motor-bomba para circulação de água na perfuração;
Trépano (peça de aço biselada para o avanço por lavagem);
Trados (para perfuração inicial).
Estes equipamentos encontram-se devidamente identificados na Figura
02.
27
Figura 02 - Equipamento de sondagem à percussão.
Fonte:Campos (http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=9&Cod=126).
2.1.6.1.4 Índice de resistência à penetração Nspt
A norma brasileira estabelece como índice de resistência à penetração,
(N ou Nspt), a soma do número de golpes necessários a penetração dos 30 cm
finais do amostrador padrão no “Standard Penetration Test”.
Em alguns casos o Nspt é apresentado de forma diferenciada:
Quando todo amostrador penetra somente com o peso do martelo;
zero golpes;
Quando o solo é tão pouco consistente ou compacto que ao primeiro
golpe penetra mais do que os 45 cm do amostrador, indica-se
associado a este golpe, a profundidade penetrada;
Quando o solo é tão rijo ou compacto que não se consegue cravar
todo o amostrador, indica-se a razão golpes/profundidade;
28
As correlações básicas do Nspt de compacidade (areias e siltes
arenosos) e consistência (argilas e siltes argilosos), segundo a NBR
6484/2001, estão apresentadas nas Tabelas 02 e 03.
Tabela 02: Correlações básicas do Nspt – Compacidade;
Nspt
Compacidade
≤4
5a8
9 a 18
18 a 40
> 40
Fofa (o)
Pouco Compacto (o)
Medianamente Compacta (o)
Compacta (o)
Muito compacta (o)
Fonte: NBR 6484/2001.
Tabela 03: Correlações básicas do Nspt – Consistência;
Nspt
Consistência
≤2
3a5
6 a 10
11 a 19
> 19
Muito mole
Mole
Média (o)
Rija (o)
Dura (o)
Fonte: NBR 6484/2001.
O maior emprego destes valores é em projetos de fundações, para a
escolha do tipo de fundação, e na correlação com a tensão admissível do solo.
2.1.6.1.5 Fatores que influenciam no valor do Nspt
É preciso tomar cuidado com fatores que podem gerar resultados
errôneos aos valores de NSPT, alguns destes estão ligados ao equipamento
utilizado, outros ligados a execução, conforme apresentado abaixo:
Fatores ligados ao equipamento utilizado:
Forma, dimensões e estado de conservação do amostrador;
Peso e estado de conservação das hastes;
Martelo de bater e superfície de impacto fora de especificação;
Diâmetro do tubo de revestimento.
29
Fatores ligados a execução da sondagem:
Variação na energia de cravação (altura do martelo, atrito);
Procedimento de avanço da sondagem;
Má limpeza do furo;
Furo de diâmetro insuficiente para a passagem do amostrador;
Excesso de lavagem para cravação do revestimento;
Erro na contagem do número de golpes.
2.1.6.2 Sondagem rotativa
Quando a sondagem encontra uma camada classificada como
impenetrável ao trépano de lavagem, dependendo do porte e da complexidade
da obra, é necessário continuar a investigação do subsolo pelo método rotativo.
A sondagem rotativa é um método que consiste no uso de um conjunto
moto-mecanizado, com a finalidade de se obterem amostras de materiais
rochosos, contínuas e em formato cilíndrico, que são os testemunhos, que
permitem identificar as descontinuidades do maciço rochoso; definir o tipo de
rocha; realizar ensaios no interior da perfuração, como o ensaio de perda de
água, permitindo conhecer a permeabilidade da rocha e a localização de falhas
e fendas.
2.1.6.2.1 Equipamentos
O equipamento padrão deverá constar de tripé, sonda rotativa, bomba
d’água, guincho, revestimentos, sapatas para revestimentos, hastes, coroas e
alargadores
para
barriletes,
barriletes
nos
diâmetros
especificados e
ferramentas para a operação. Deverá apresentar ainda barriletes providos de
coroas de vídia ou diamante (o tipo de material depende da resistência da
rocha a ser perfurada), com saída d’água convencional. A Figura 03 ilustra os
equipamentos necessários.
30
Figura 03: Equipamento de sondagem rotativa
Fonte: Bastos, (2005).
2.1.6.2.2 Amostragem
Os testemunhos, que são as amostras do processo rotativo, devem
apresentar a condição exata em que se encontram no campo. Para isso, o
processo de retirada do testemunho do barrilete e o seu armazenamento
devem ser realizados com cuidado, evitando-se rompê-lo artificialmente. A
posição dos testemunhos no recipiente deverá ser a mesma encontrada na
execução, para que se possa definir o perfil adequadamente.
31
Algumas medidas preventivas minimizam as chances de se obter uma
amostragem pobre e com pouca representatividade, como manobras curtas,
barriletes e coroas adequados, molas retentoras adequadas.
2.1.6.2.3 Grau de alteração
Os graus de alteração são definidos para cada tipo litológico ou grupo de
rochas de comportamento semelhantes e fixadas, a partir do conhecimento das
propriedades mecânicas e de sua correlação com a variação de propriedades
petrográficas, como: cor e brilho dos minerais, formação de minerais de
alteração (argilas, limonitas, caolins, etc.), estruturas neoformadas (fissuras,
crostas, bordas de reação) e aumento da porosidade. A classificação quanto ao
grau de alteração da rocha é apresentada na Tabela 04.
Tabela 04: Grau de alteração;
Símbolo
Grau de alteração
A.O
A.1
A.2
A.3
A.4
Características
Rocha sã ou praticamente Aspecto sadio ou leve alteração hidrotermal.
As fraturas podem apresentar sinais de
sã
oxidação.
Rocha pouco alterada Perda do brilho dos minerais constituintes,
juntas oxidadas ou levemente alteradas.
Significantes porções de rocha mostram-se
Rocha medianamente
descoloridas ou oxidadas e apresentam
alterada
sinais de intemperismo (mudanças químicas e
microfissuração).
Toda a rocha apresenta-se descolorida ou
Rocha muito alterada
oxidada, cristais alterados e fissurados.
Rocha extremamente
alterada
Fonte: Pacheco, (2001).
Rocha decomposta, friável, textura e estruturas
preservadas.
32
2.1.6.2.4 RQD (designação qualitativa da rocha)
O RQD é baseado numa recuperação modificada de testemunhos,
através de um procedimento que leva em consideração o número de fraturas e
a quantidade de material mole ou a alteração da massa rochosa que possa ser
vista nos testemunhos de sondagem. O RQD corresponde ao quociente da
soma dos comprimentos superiores a 10,0 cm de testemunhos sãos e
compactos, pelo comprimento do trecho perfurado, expresso em percentagem.
A Tabela 05 expressa, em percentagem, os valores de RQD.
Tabela 05: RQD (Designação Qualitativa da Rocha);
Qualidade da rocha
RQD (%)
Muito pobre
0 a 25
Pobre
25 a 50
Regular
50 a 75
Boa
75 a 90
Excelente
90 a 100
Fonte: Pacheco, (2001).
2.1.6.2.5 Grau de fraturamento
É determinado por meio da quantidade de fraturas com que se
apresenta a rocha, numa determinada direção. Não se consideram as fraturas
provocadas pelo processo de perfuração.
Os diversos graus de fraturamento são expostos na Tabela 06.
Tabela 06: Grau de fraturamento;
Rocha
Símbolo
Número de fraturas por manobra
Pouco fraturada
F1
1-5
Medianamente fraturada
F2
6 - 10
Muito fraturada
F3
11 - 20
Extremamente fraturada
F4
F5
>20
Em fragmentos
Fonte: Pacheco, (2001).
Torrões em pedaços de diversos tamanhos
33
2.1.6.2.6 Grau de coerência
Tem como base as características físicas, tais como resistência ao
impacto, ao risco, friabilidade, conforme classificação verificada na Tabela 07.
Tabela 07: Grau de coerência;
Rocha
Símbolo
Muito
coerente
Coerente
C1
C2
Características
a) Quebra com dificuldade ao golpe do martelo.
b) O fragmento possui bordas cortantes que resistem ao
corte por lâmina de aço.
c) Superfície dificilmente riscada por lâmina de aço.
a) Quebra com relativa facilidade ao golpe do martelo.
b) O fragmento possui bordas cortantes que podem ser
abatidas pelo corte com lâmina de aço.
c) Superfície riscável por lâmina de aço.
Pouco
coerente
C3
a) Quebra facilmente ao golpe do martelo.
b) As bordas do fragmento podem ser quebradas pela
pressão dos dedos.
c) A lâmina de aço provoca um sulco acentuado na
superfície do fragmento.
Friável
C4
a) Esfarela ao golpe do martelo.
b) Desagrega pela pressão dos dedos.
Fonte: Pacheco, (2001).
2.2 Ensaios de laboratório
Os ensaios de laboratório mais utilizados para determinação dos
parâmetros físicos e mecânicos do solo são: determinação do teor de umidade;
determinação da densidade aparente e real; granulométrica; determinação dos
limites de consistência, de compactação, equivalente de areia, CBR,
permeabilidade; compressão simples e triaxial; cisalhamento direto e
adensamento.
34
2.2.1 Ensaios para determinação dos parâmetros de resistência dos solos
São dois os tipos de ensaios costumeiramente empregados para a
verificação da resistência ao cisalhamento dos solos: o ensaio de cisalhamento
direto e o ensaio de compressão triaxial.
As amostras ensaiadas devem reproduzir as condições atuais da obra
ou as condições que se pretende alcançar.
2.2.1.1 Ensaio de cisalhamento direto
Este ensaio é o mais antigo procedimento para a determinação da
resistência ao cisalhamento e se baseia diretamente no critério de Coulomb.
Ou seja, é aplicada uma tensão normal em um plano e verificada a tensão
cisalhante que provoca a ruptura (Figura 04).
Figura 04: Ensaio de cisalhamento direto:
(a) esquema do equipamento;
(b) representação do resultado típico do ensaio;
Fonte: Pinto (2002, p. 253).
35
Com a realização do ensaio, sob varias tensões normais, traçam-se as
envoltórias de resistência.
Neste ensaio, o controle das condições de drenagem é extremamente
complicado, por não haver como controlar, nem mesmo impedir a drenagem.
Quando se deseja medir simplesmente a resistência ao cisalhamento do
solo na sua condição consolidada drenada, o ensaio de cisalhamento direto é
muito útil.
2.2.1.2 Ensaio de cisalhamento triaxial
O ensaio triaxial é o mais comum e versátil para a determinação das
propriedades de tensão-deformação e resistência dos solos em laboratório. O
ensaio consiste em um estado hidrostático de tensões e de um carregamento
axial sobre um corpo de prova cilíndrico de solo. Desta forma o corpo de prova
é colocado dentro de uma câmara de ensaio, cujo esquema é mostrado na
Figura 05, e envolto por uma membrana de borracha. Esta câmara é cheia com
água, e aplica uma pressão, chamada de pressão confinante. A pressão
confinante atua em todas as direções, e o corpo de prova fica sob um estado
hidrostático de tensões.
Figura 05: Esquema da câmara de ensaio triaxial.
Fonte: Bastos, (2005).
36
Após, é feito o carregamento axial por meio de aplicação de forças em
um pistão que penetra na câmara; neste caso, o ensaio é chamado de ensaio
com carga controlada, ou colocando-se a câmara em uma prensa que a
desloca para cima, pressionando o pistão, tendo-se o ensaio de deformação
controlada.
As cargas são medidas através de um anel dinamométrico externo, ou
por uma célula de carga intercalada no pistão. Este procedimento tem a
vantagem de medir a carga efetivamente aplicada no corpo de prova,
eliminando o atrito do pistão na passagem pela câmara.
Durante o carregamento, é feita a medição em diversos intervalos de
tempo, do acréscimo de tensão axial que está atuando e a deformação vertical
do corpo de prova. Esta deformação vertical é dividida pela altura inicial do
corpo de prova, dando origem a deformação vertical específica, em função da
qual se medem as tensões desviadoras, bem como as variações de volume e
de pressão neutra. Estas tensões desviadoras durante a aplicação de carga
axial permitem o traçado dos círculos de Mohr correspondentes, como é
mostrado na Figura 06 a seguir.
A tensão desviadora é representada em função da deformação
específica, indicando o valor máximo, que corresponde à ruptura, a partir da
qual, define-se o círculo de Mohr. Círculos de Mohr de ensaios feitos em outros
corpos de prova permitem a determinação da envoltória de resistência,
conforme os critérios de Mohr.
Figura 06: Envoltória de resistência obtida com resultados de
ensaios de compressão triaxial.
Fonte: Bastos, (2005).
37
Na base do corpo de prova e no cabeçote superior existem pedras
porosas, permitindo a drenagem através delas, porém a drenagem pode ser
impedida por meio de registros apropriados.
Se o corpo de prova estiver com elevado nível de saturação e a
drenagem for permitida, a variação de volume do solo pode ser determinada
por meio do volume de água que sai ou entra no corpo de prova. Para isso, as
saídas de água são acopladas a buretas graduadas.
No caso de solos secos, a medida de variação de volume só é possível
com a instalação de sensores no corpo de prova, internamente a câmara.
Com a drenagem impedida em qualquer fase do ensaio, a água ficará
sob pressão; e neste caso as pressões neutras induzidas pelo carregamento
podem ser medidas por meio de transdutores conectados aos tubos de
drenagem.
2.2.1.3 Ensaios triaxiais convencionais
No que diz respeito às condições de drenagem, pode se afirmar que
existem três tipos de ensaios: ensaio consolidado drenado (CD), ensaio
consolidado não drenado (CU) e o ensaio não consolidado não drenado (UU).
No presente estudo referencia-se somente o ensaio de cisalhamento
triaxial consolidado não drenado (CU), por ter sido o ensaio utilizado na
obtenção dos parâmetros de resistência das amostras de solo ensaiadas para
a obra objeto de estudo.
2.2.1.4 Ensaio adensado não drenado (CU)
Neste caso, é aplicada a pressão confinante deixando-se dissipar a
pressão neutra correspondente. Em seguida o corpo de prova é carregado
axialmente, sem drenagem.
38
Este ensaio também é chamado de ensaio rápido pré-adensado. Ele
indica a resistência não drenada em função da tensão confinante. Se as
pressões neutras forem medidas, a resistência em termos de tensões efetivas
também é determinada, razão pela qual esse ensaio é bastante empregado,
pois permite determinar a envoltória de resistência em termos de tensões
efetivas em um prazo muito menor que os outros.
2.3 Tensões nos solos
Os solos são formados de partículas e as forças aplicadas a eles são
transmitidas de partícula para partícula, além das forças que são suportadas
pela água contida nos vazios. O somatório destas forças aplicadas em um
plano definido é denominado tensão normal, em que a somatória das forças
horizontais, tangente a esta tensão normal, divididas pela área do plano
analisado, é denominada tensão cisalhante (Figura 07).
Estas tensões dependem diretamente do tipo do mineral e formato dos
grãos. Considerando minerais granulares, siltes e areias, que possuem as três
dimensões ortogonais semelhantes, com a transmissão das forças de mineral
para mineral. No caso de partículas de mineral argila, cujo formato é laminar,
as forças são transmitidas com auxílio da água quimicamente adsorvida.
Figura 07: Esquema do contato entre
grãos para definição de tensões
Fonte: Pinto (2002, p. 83).
39
2.3.1 Tensão deformação e resistência dos solos
As deformações no solo, que é um sistema de partículas, têm
características bastante diferentes de outros materiais. Nos solos, as
deformações correspondem às variações de forma ou volume do conjunto.
Entende-se que as deformações nos solos aconteçam devido às tensões
efetivas, que correspondem à parcela das tensões, referente às forças
transmitidas pelas partículas.
Basicamente, os problemas geotécnicos são: análise de recalques
(deformações) e análise de estabilidade (ruptura).
Há alteração das tensões internas dos solos quando estes são
submetidos a carregamentos ou descarregamentos. Sendo assim, as tensões
efetivas no solo se alteram devido aos seguintes fatores:
Compressão das partículas;
Flexão de minerais com formato de placa (micas e argilas);
Quebra de grãos;
Rearranjo das partículas devido ao escorregamento.
Este último item esclarece as deformações observadas externamente
nos maciços terrosos.
2.3.2 Resistência ao cisalhamento dos solos
A ruptura dos solos é quase sempre um fenômeno de cisalhamento, isto
acontece quando a tensão admissível resistente é avançada, como, por
exemplo, quando uma fundação é carregada até a ruptura ou quando ocorre o
escorregamento de um talude. Somente em condições especiais ocorrem
rupturas por tração.
A tensão de cisalhamento de um solo pode ser definida como a máxima
tensão que o solo pode suportar sem sofrer ruptura, ou a tensão de
cisalhamento no solo no plano de ocorrência da ruptura.
40
Conforme a equação 2.1 é possível afirmar que a resistência ao
cisalhamento é basicamente composta por dois componentes: a coesão e o
ângulo de atrito.
τ = c + σn . tg φ
(2.1)
Onde “τ” é a resistência ao cisalhamento do solo, "c" a coesão ou
intercepto de coesão, “σn” a tensão normal vertical e "φ" o ângulo de atrito
interno do solo.
2.3.3 Atrito
A melhor forma de exemplificar o atrito nos solos é através da analogia
clássica de um corpo sobre um plano horizontal (Figura 08), em que a força
horizontal T, para fazer o corpo deslizar, deve ser superior à força vertical N
multiplicada por um coeficiente de atrito entre os dois materiais, podendo ser
descrita pela Equação 2.2.
T = N . tg φ
(2.2)
Sendo: φ = ϕ = ângulo de atrito, resultante das duas forças com a normal.
Figura 08: Esquema referente ao atrito entre dois corpos;
Fonte: Bastos, (2005).
Existem diferenças entre a transmissão das forças nos contatos entre
grãos de areia e nos de argila.
41
Para as areias, os contatos ocorrem diretamente entre as partículas,
pois a força nestes contatos é grande o suficiente para expulsar a água contida
na superfície dos grãos.
Nas argilas, por existir um número muito maior de partículas, a força
aplicada num único contato é inferior, não sendo suficiente para expulsar as
moléculas de água adsorvidas quimicamente, sendo elas responsáveis pela
transmissão das forças.
A Figura 09 exemplifica a transmissão de forças entre grãos de areias e
argilas.
Figura 09: Transmissão de forças entre partículas de areia e argila;
Fonte: Pinto (2002, p. 250).
2.3.4 Coesão
O atrito entre as partículas é o que realmente diz respeito à resistência
ao cisalhamento. No entanto, existe uma parcela de resistência independente
da tensão normal, agindo no plano que se define como coesão real. Isso ocorre
devido a um fator físico-químico que tem importância no caso das argilas, pois
é nas frações coloidais que as forças intergranulares são significativas em
relação às massas das partículas.
A coesão real não pode ser confundida com a coesão aparente. Esta
última ocorre em solos úmidos não saturados, e está mais relacionada com o
fenômeno do atrito, eis a origem do nome aparente.
42
2.3.5 Critérios de ruptura
Estes critérios são formulações que procuram refletir as condições em
que ocorre a ruptura. A aplicação de carga sobre um terreno faz com que as
partículas reajam até a estabilização, fator esse que gera uma deformação.
Quando esta solicitação se torna superior a resistência que o solo pode
suportar, as partículas se deslocam de forma a descaracterizar o formato
original do maciço de solo, definindo-se como ruptura do solo.
Os critérios de ruptura que melhor explicam o comportamento dos solos
são o de Coulomb e de Mohr.
O critério de Coulomb é expresso como:
...não há ruptura se a tensão de cisalhamento não ultrapassar
um valor dado pela expressão c+f.σ, sendo c e f constantes do
material e σ a tensão normal existente no plano de
cisalhamento”, onde c é a coesão e f o coeficiente de atrito
interno, que pode ser expresso como a tangente do ângulo de
atrito interno (PINTO, 2002, p. 251).
O critério de Mohr é expresso como:
...não há ruptura enquanto o círculo representativo do estado
de tensões se encontrar no interior de uma curva, que é a
envoltória dos círculos relativos a estados de ruptura,
observados experimentalmente para o material (PINTO, 2002, p.
251).
A envoltória curvilínea é substituída por uma reta, que melhor se ajusta a
curva. A definição da reta deve levar em consideração o nível de tensões do
projeto em análise. Definida a reta, define-se o intercepto de coesão,
coeficiente que expressa à resistência em função da tensão normal.
Na Figura 10, é notável a semelhança entre os critérios de Coulomb e
Mohr, justificando a expressão critério de “Mohr-Coulomb”.
43
Figura 10: Representação dos Critérios de
Ruptura (a) Coulomb, (b) Mohr.
Fonte: Pinto (2002, p. 251).
Ambos os critérios citados indicam a importância da tensão normal no
plano de ruptura. O plano de ruptura (Figura 11) ocorre num plano que faz um
ângulo α igual a (45° + ϕ /2), com os planos principais em que estiver agindo a
tensão normal indicada pelo segmento AB e a tensão cisalhante BC. No
segmento DE observa-se a tensão cisalhante máxima, maior que BC. Neste
plano, a tensão normal AD garante uma resistência ao cisalhamento superior a
tensão cisalhante atuante (PINTO, 2002).
Figura 11: Análise do estado de tensões no plano de ruptura
Fonte: Pinto (2002, p. 252).
44
2.3.6 Resistência das argilas
As argilas apresentam baixa permeabilidade (condutividade hidráulica),
por esta razão é importante o conhecimento de sua resistência em termos de
carregamento drenado e de carregamento não drenado.
Argilas sedimentares se formam com elevados índices de vazios.
Quando apresentam um índice de vazios baixo, significa que sofreram um préadensamento. Desta forma, se forem moldados diversos corpos de prova com
diferentes índices de vazios iniciais, após alcançarem a tensão de préadensamento correspondente, as curvas de tensão-deformação de cada corpo
de prova se fundem em uma única reta virgem, conforme indicado na Figura
12.
Portanto, a resistência de uma argila depende diretamente do índice de
vazios que ela se encontra, este índice é fruto das tensões a que esta argila foi
submetida.
Figura 12: Variação de índice de vazios em carregamento isotrópico;
Fonte: Pinto (2002, p. 284).
2.3.7 Resistência das argilas em termos de tensões efetivas
Como visto, a resistência ao cisalhamento de um maciço qualquer,
depende primordialmente do atrito entre as partículas, conseqüentemente das
45
tensões efetivas, ainda que na maioria dos casos, a água nos poros esteja sob
pressão.
Em face de sua baixa permeabilidade, o dimensionamento dos maciços
argilosos é realizado em condição não-drenada. Entretanto, é possível realizálo em condição drenante em termos de tensões efetivas, desde que se leve em
consideração as pressões neutras provocadas pela água contida em seus
vasos capilares. A envoltória de Mohr obtida estará expressa pela Equação 2.1
da reta de Coulomb.
Caso seja mantida no ensaio de compressão triaxial CD, a pressão de
confinamento superior a pressão de pré-adensamento (σa), e a amostra estiver
em condições de normalmente adensada e saturada, a reta obtida para as
envoltórias de Mohr passará pela origem do eixo das coordenadas, dando a
estas argilas uma expressão para a resistência ao cisalhamento semelhante a
das areias.
Caso a pressão de pré-adensamento seja superior, a envoltória é curva.
Porém, para efeitos de trabalho, esta é substituída por uma reta que melhor
represente a envoltória.
Perante
tais
colocações,
Pinto
(2002)
apresenta
as
seguintes
observações:
Quando o solo é ensaiado sob tensão confinante inferior a tensão de
pré-adensamento, a tensão axial cresce mais rapidamente em função
da deformação, e o acréscimo máximo desta tensão ocorre para
menores deformações, tanto menor, quanto maior a razão de sobreadensamento.
A máxima tensão desviadora suportada é maior do que a
correspondente para a mesma tensão confinante, para o mesmo solo
na situação de normalmente adensado, e a diferença é tanto maior,
quanto maior a razão de sobre-adensamento.
A tensão desviadora máxima é bem distinta, ocorrendo sensível
redução da tensão axial para maiores deformações.
A diminuição de volume durante o carregamento axial é menos
acentuada do que no caso do solo ser normalmente adensado,
podendo ocorrer mesmo que o solo apresente um aumento de
46
volume, após uma inicial redução, no caso da razão de sobreadensamento.
Ao realizarem-se ensaios de compressão axial em argilas, poderá
ocorrer que alguns ensaios sejam realizados com tensões confinantes acima e
outros abaixo da tensão de pré-adensamento. Isto porque, as argilas no seu
estado natural apresentam certa tensão de pré-adensamento.
Foram ensaiadas amostras de argilas variegadas, extraídas da cidade
de São Paulo e outras argilas de diversas procedências. Os resultados obtidos
por Pinto (2002), expressos em função do índice de plasticidade estão
apresentados na Tabela 08 abaixo:
Tabela 08: Valores típicos de ângulo de atrito interno efetivo para tensões
acima da tensão de pré-adensamento;
Ângulo de atrito interno efetivo (°)
Índice de Plasticidade
Geral
São Paulo
10
30 a 38
30 a 35
20
26 a 34
27 a 32
40
20 a 29
20 a 25
60
18 a 25
15 a 17
Fonte: Pinto (2002, p. 288).
2.4 Movimentos de massa
Destaca-se como um dos principais processos geomorfológicos
responsáveis pela evolução do relevo, sobretudo em áreas montanhosas.
Remobilizam os materiais ao longo das encostas, em direção às planícies, e
promovem, juntamente com os processos erosivos, o recuo das encostas e a
formação de rampas coluviais. Entretanto, quando ocorrem em áreas
ocupadas, podem se tornar um problema, causando mortes e prejuízos
materiais.
47
A classificação é complexa, pois pode haver uma grande variedade de
materiais e processos envolvidos. Devem ser levados em conta, parâmetros
como: velocidade e geometria, mecanismo do movimento, características dos
materiais, padrão e quantidade de fluxo de água.
2.4.1 Classificação dos movimentos de massa quanto ao tipo de
movimento
De uma maneira geral, as classificações modernas baseiam-se na
combinação dos seguintes critérios básicos:
Velocidade, direção e recorrência dos deslocamentos;
Natureza do material instabilizado (solo, rocha, detritos e depósitos);
Textura, estrutura e grau de saturação do maciço;
Geometria das massas movimentadas;
Tipo de deformação do movimento.
O movimento de massa admite diferentes classificações, a partir das
diferentes características do movimento gravitacional do regolito. As principais
características são o tipo e a velocidade do movimento, a natureza do material
envolvido e a quantidade de água presente no material em movimento. De uma
forma simplificada, os movimentos gravitacionais do regolito, associados as
encostas, podem ser assim classificados:
Rastejo: é o movimento mais lento do regolito. Dependendo do
material em movimento, fala-se em rastejo de tálus, rastejo de solo
ou rastejo de rocha. A velocidade do rastejo, medida em milímetros
por ano, é maior na superfície e diminui gradualmente até zero com a
profundidade;
Escorregamentos: as condições essenciais para o escorregamento
são a falta de estabilidade da frente das encostas e a existência de
superfícies de deslizamento. Tais condições ocasionam movimentos
48
rápidos e de curta duração, com velocidades medidas em metros por
hora ou metros por minuto, com planos de ruptura bem definidos
entre o material deslizado e o não movimentado;
Corridas de Massa: se o solo e/ou o regolito, já sujeitos ao rastejo,
estão saturados de água, a massa encharcada poderá mover-se
encosta abaixo alguns centímetros ou decímetros por hora ou dia. A
saturação da massa de solo, causada por chuvas de intensidade
elevada, poderá levar a comportar-se como um fluido viscoso com
deslocamentos rápidos (velocidades de metros por segundo), ao
longo das linhas de drenagem ou talvegue na forma de avalanches;
Quedas: são movimentos de blocos e fragmentos de rochas, a partir
de afloramentos verticais e salientes, em queda livre ou pelo salto e
rolamento ao longo de planos inclinados, com declividades altas, sem
a presença de uma superfície de deslizamento. Estes movimentos
apresentam velocidades muito altas, da ordem de metros por
segundo.
2.4.2 Causas dos escorregamentos
As causas dos escorregamentos podem estar ligadas a fatores
extrinsecos (aumento das solicitações) e/ou intrínsecos (redução da resistência
do maciço). Entre os fatores que agem externamente estão as sobrecargas
excessivas no topo do maciço terroso; descarregamentos, tais como
escavações no pé do talude, vibrações e até remoção do suporte de sustento
na base do talude (por exemplo, cavernas). Como fatores extrínsecos
encontram-se: o intemperismo físico-químico dos minerais, modificação
estrutural e aumento da poropressão. (GEORIO, 2000).
49
2.5 Estabilidade de taludes de terra
A Norma NBR-11682/1991 define um talude artificial como sendo o
talude formado, ou modificado, pela ação direta do homem e um talude natural
como sendo um talude formado pela ação da natureza, sem interferência
humana.
Segundo Caputo (1988), talude compreende quaisquer superfícies
inclinadas que limitam um maciço de terra, de rocha ou de terra e rocha.
Podem ser naturais, caso das encostas, ou artificiais, como os taludes de
cortes e aterros. Sua geometria é definida conforme se apresenta na Figura 13.
Teoricamente, considera-se um talude como uma massa de solo
submetida a três campos de forças: as devidas ao peso, ao escoamento da
água e a resistência ao cisalhamento. O estudo da análise da estabilidade dos
taludes deve levar em conta o equilíbrio entre essas forças, uma vez que as
duas primeiras se somam e tendem a movimentar a massa de solo encosta
abaixo, enquanto a última atua como um freio a essa movimentação.
Crista do
talude
Pé do
talude
θp
H
E
θm
Figura 13: Definições quanto à geometria de taludes.
Fonte: NBR-11682(p.16)
Sendo:
H: Altura do talude;
E: Extensão do talude;
50
θm: Ângulo médio do talude;
θp: Ângulo parcial do talude;
Pé do talude: Ponto mais baixo;
Crista do talude: Ponto mais alto.
Uma análise de estabilidade de taludes tem por objetivo examinar a
condição de segurança existente e a eventual necessidade de medidas
preventivas ou corretivas, obras de reforço de solos.
A estabilidade de obras de terra é elaborada por meio de métodos de
análise de estabilidade. Este grau é expresso de forma determinística, através
de um fator de segurança (FS).
Outra forma de obtenção do grau de estabilidade, ou seja, do fator de
segurança, é através de técnicas probabilísticas, as quais levam em
consideração as incertezas relacionadas com a forma de determinação dos
dados e dos métodos a serem utilizados na análise.
A escolha do método de análise mais apropriado dependerá da forma de
obtenção dos parâmetros geotécnicos, da geometria da obra e do risco de
perdas de bens materiais e vidas humanas.
No estudo de estabilidade de taludes define-se o coeficiente de
segurança (FS) pela Equação 2.3 (MASSAD, 2003).
F=
s
τ
(2.3)
Onde:
s = resistência ao cisalhamento do solo;
τ = tensão cisalhante atuante.
Considera-se um talude instável com fatores de segurança inferiores a
unidade. Em alguns casos com FS > 1,0 considera-se o talude instável. Tal
afirmativa é motivada pelas simplificações dos principais métodos de análise e
pela variabilidade dos parâmetros geotécnicos e geométricos envolvidos nas
análises (GEORIO, 2000). Para a definição do fator de segurança admissível
(FSadm), faz-se uso da Tabela 09, que apresenta valores recomendáveis para o
51
FSadm correlacionados com os riscos, tanto de bens materiais como de perdas
de vidas humanas.
Tabela 09: Fatores de segurança admissíveis recomendados;
RISCO DE PERDA DE VIDAS
HUMANAS
FS Adm
RISCO DE
PERDAS
ECONÔMICAS
Desprezível
Médio
Elevado
Desprezível
1,1
1,2
1,4
Médio
1,2
1,3
1,4
Elevado
1,4
1,4
1,5
Fonte: Georio, (2000).
2.5.1 Métodos de análise de estabilidade
Os métodos utilizados para análise de estabilidade de taludes em sua
grande parte baseiam-se no critério do equilíbrio limite. Este critério admite
uma superfície de ruptura, que é conhecida ou arbitrada a uma massa instável
na iminência de entrar em colapso, devendo ser satisfeito o critério de ruptura
de “Mohr-Coulomb” e um coeficiente de segurança único ao longo da superfície
de ruptura. Analisa-se o equilíbrio desta massa, assumindo-se valores para as
forças atuantes e calculando-se a força de cisalhamento resistente necessária.
Esta força necessária é comparada com a resistência ao cisalhamento
disponível, resultando um coeficiente de segurança (MASSAD, 2003).
Segundo Massad (2003), dos métodos existentes para análise de
estabilidade que se baseiam no critério descrito no parágrafo precedente,
podem-se citar:
Método dos Círculos de Atrito: analisa o equilíbrio de um corpo livre
como um todo;
Método Sueco: considera a linha de ruptura circular, divide o corpo
livre em diversas lamelas verticais e considera o equilíbrio de cada
lamela;
52
Método das Cunhas: considera um corpo livre subdividido em cunhas
e analisa o equilíbrio entre elas e o restante do maciço, de forma que
a cunha situada na parte inferior contribui para a estabilidade da
superior, mobilizando-se as resistências ao cisalhamento nas
superfícies de ruptura e de contato entre as cunhas.
O Método Sueco consiste em dividir a massa instável em fatias,
aplicando-se as seguintes equações de equilíbrio, com as incógnitas
representadas na Figura 14:
∑ Forças Horizontais = 0
(2.4)
∑ Forças Verticais = 0
(2.5)
∑ Momentos = 0
(2.6)
Figura 14: Forças atuantes em uma fatia genérica;
Fonte: Massad (2003, p. 47).
Onde:
ℓ: Largura da lamela genérica;
U: Forças resultantes das pressões neutras;
E: Componentes horizontais atuantes na lateral direita da fatia;
X: Componentes verticais atuantes na lateral direita da fatia;
P: Peso da Fatia;
T: Força tangencial atuante na base da fatia;
N: Força Normal atuante na base da fatia.
53
Como mostrado na Figura 13, “T” pode ser expresso pela equação 2.7:
(2.7)
Fica claro que se aplicando as Equações 2.4, 2.5 e 2.6, chega-se a um
sistema em que o número de incógnitas é superior ao número de equações,
portanto, um sistema indeterminado.
Para isto, faz-se necessário o uso de hipóteses simplificadoras, e são
estas hipóteses que diferenciam os diversos métodos de análise de
estabilidade de taludes, com uso da metodologia sueca e que caracteriza o
grau de conservação para lidar com o estudo.
2.5.2 Método de Janbu simplificado
Esta é uma simplificação do primeiro método generalizado de lamelas
criado por Janbu em 1955, o qual se baseia no equilíbrio de forças e
momentos. Esta simplificação trabalha como o Método de Bishop Simplificado,
considerando-se o equilíbrio de forças e desprezando as componentes verticais
e tangenciais às laterais das fatias.
O método é adotado para qualquer superfície de ruptura, seja ela
circular ou irregular.
Seu fator de segurança pode ser obtido pelas Equações 2.8 e 2.9.
(2.8)
(2.9)
54
O método de Janbu Simplificado (1973), sugeriu a fórmula para
satisfazer parcialmente o equilíbrio de momentos, foi a inserção de um fator de
correção empírico f0 que depende do tipo do solo e da forma da superfície de
deslizamento, para tanto pode-se utilizar o ábaco da Figura 15.
Figura 15: Variação do fator f0 em função do parâmetro
d/L e do tipo do solo;
Fonte: PUC – Rio (2003).
2.5.3 Influência da água no solo e em estruturas de contenção
Obras de terra são constantemente afetadas pela presença de água.
Assim sendo, faz-se necessário estudos mais aprofundados para que seja
determinada a influência da água no solo.
Já em questão da estabilidade de obras de terra, a presença de água
ocasiona tensões internas que originam as pressões neutras, e são destas
pressões que são extraídas as tensões efetivas que governam a resistência
dos solos.
55
Os métodos de cálculo de empuxo tratam apenas do empuxo efetivo do
solo sobre a estrutura de contenção, que é considerada perfeitamente
drenante. Caso a estrutura seja impermeável ou possua um sistema de
drenagem ineficiente, pode ocorrer uma elevação do nível de água no solo,
provocado, por exemplo, por chuvas intensas. Neste caso, a contenção passa
a suportar também, o empuxo hidrostático (Eh) provocado pela água.
O efeito do empuxo hidrostático (Eh) sobre a contenção é sempre
contrário à estabilidade. Se a contenção for totalmente impermeável, com nível
de água na superfície do solo, hipótese mais desfavorável, o valor do empuxo
ativo total (solo + água) atuando na mesma, pode chegar ao dobro do empuxo
do solo, comparado com a situação em que a contenção é permeável com
nível de água profundo. Com base nesta afirmativa, pode-se concluir que é de
fundamental importância, dotar as estruturas de contenção de sistemas de
drenagem adequados, com vistoria e manutenção freqüentes.
2.6 Obras de Contenção
O solo em suas propriedades originais pode não possuir características
geológicas; geotécnicas satisfatórias para realização de determinadas obras,
como taludes de corte e taludes de aterro (íngremes ou não), barragens de
terra, etc.
Medidas corretivas podem ser utilizadas para possibilitar a execução de
determinadas obras, como o caso das técnicas de contenção de taludes.
Dentre os mais utilizados listam-se os seguintes:
Cortina Atirantada;
Solo Grampeado.
Os métodos acima visam fornecer condições de estabilidade a obras de
contenção. De forma geral, consistem em introduzir nos solos, tirantes ou
grampos de aço que possuam alta resistência à tração.
56
Além das vantagens de melhorias das características intrínsecas dos
solos, há ainda a possibilidade de possibilidade de serem executados em
geometrias alternativas torna-os econômica e esteticamente viáveis.
2.6.1 Cortina Atirantada
A estabilização de taludes e escavações é obtida pelas tensões
induzidas no contato solo face, as quais, em última análise, elevam o fator de
segurança da superfície potencial de ruptura. Isso é possível através da
protensão de tirantes que devem ser compostos por um trecho livre, a partir da
face externa do talude, e um trecho injetado com calda de cimento, após a
superfície potencial de ruptura. O dimensionamento estrutural da cortina é
muito importante, haja vista o punsionamento causado pela aplicação de
elevadas cargas nos tirantes.
Neste caso, a execução é feita por etapas. Somente a primeira linha é
escavada. Em seguida, são feitas as perfurações e a inserção dos tirantes, que
são chumbados em nichos no fundo do orifício. Cada tirante é pintado com tinta
epóxi anticorrosiva e envolvido em um tubo de borracha individual. O conjunto
de tirantes é inserido num tubo coletivo e, já dentro do orifício, é revestido com
calda de cimento. As placas são acondicionadas e os tirantes protendidos. Em
seguida, é feita a escavação da segunda linha. A carga de protensão aumenta
conforme a profundidade.
2.6.2 Solo Grampeado
A técnica de “Soil Nailing” ou “Solo Grampeado” vem sendo utilizada há
cerca de quatro décadas. Trata-se de uma estabilização rápida, temporária ou
permanente de taludes naturais ou provenientes de escavações, obtida por
meio da inclusão de elementos resistentes à flexão composta, denominados de
grampos ou chumbadores, aliada a revestimento de concreto projetado e tela
metálica (ZIRLIS, 1988).
57
Os grampos são instalados sub-horizontalmente de forma a introduzir
esforços resistentes de tração e cisalhamento. São aplicados geralmente, tanto
na estabilização de taludes naturais quanto em escavações.
2.7 Solo Grampeado
2.7.1 Histórico
A necessidade de estabilização rápida em escavações teve sua origem
nas minas de exploração de minérios, sendo, portanto um problema antigo e
basicamente restrito à engenharia de minas. A partir da década de 50, houve
um crescimento muito grande da aplicação de ancoragens curtas, tipo Perfo,
Sn Anker, Berg-Jet, para estabilização de túneis e emboques de túneis, na
França, Alemanha e Áustria (ZIRLIS, 1988).
A partir de 1945, o professor Ladislau von Rabcewicz desenvolveu o
NATM (“New Austrian Tunneling Method”) para avanço de escavações em
túneis rochosos, cuja patente foi depositada em 1948. Sob efeito do peso de
terras e tensões confinantes, uma cavidade tende a se deformar, reduzindo seu
diâmetro. Na circunvizinhança da cavidade se forma a chamada zona plástica,
com tensões radiais crescentes. Obtinha-se a estabilização com a aplicação,
logo após a escavação, de um revestimento flexível de concreto projetado, tela
metálica e chumbadores curtos radiais na zona plástica, com controle de
deformações da cavidade. Este revestimento estaria, portanto sujeito a uma
carga reduzida, face às deformações já havidas. O método evoluiu para a
aplicação num túnel em xisto grafítico argiloso (túnel Massemberg), em 1964.
Seguiu-se com as aplicações em solo pouco competentes, como
aqueles
encontrados
nas
minas
austríacas,
substituindo
pesados
escoramentos de madeira por finas camadas de concreto projetado e
chumbadores. Em 1970, Lizzi apresentou seu processo de estabilização de
encostas em solo com chumbadores integrais longos não protendidos,
executados em várias inclinações e fixados às vigas de concreto armado,
denominando o processo de “Urditura Tridimenzionale Pali Radice”. Na França,
58
em 1972, a empresa Bouygues, com a experiência adquirida no NATM, em
consórcio com a Soletanche, aplicou o sistema de solo grampeado para um
talude ferroviário próximo a Versailles. Os taludes eram em arenitos com
inclinação de 70 graus e área total de 12.000 m². Do sucesso desta obra
decorreu a intensificação do uso do método para escavações e taludes neste
país. Até 1986, cerca de 12.000 m² foram estabilizados e diversos programas
de pesquisas estão em desenvolvimento (ZIRLIS, 1988).
O desenvolvimento desta tecnologia na Alemanha Ocidental teve seu
início em 1975, uma associação dirigida pela empresa Karl Bauer AG, a
Universidade Karlsruhe e o Ministério da Pesquisa e Tecnologia, por meio de
um programa de 4 anos para estudo de 8 modelos em escala real, analisados
por Stocker, Gudehus e Gassler (1979). São poucas as publicações alemãs;
porém, conforme Gassler e Gudehus (1981), já foram executadas mais de duas
dezenas de obras desta natureza, com pleno sucesso (ZIRLIS, 1988).
Nos Estados Unidos o sistema foi empregado em 1976, nas escavações
para construção do Hospital “Good Samaritan” em Portland, Oregon, pela
empresa Kulchin e Consorciados. Entretanto, cerca de 10.000m² de
contenções com alturas de até 18 m foram executadas anteriormente a 1976,
no Canadá. Um programa de pesquisas da Universidade da Califórnia foi
conduzido por Shen (1981), com ensaios em modelos instrumentados e em
escala real. Até o final da década de 70, engenheiros das três grandes
potências realizaram seus trabalhos isoladamente, sem troca de informações.
A partir de então, em 1979 houve uma conferência em Paris sobre o assunto,
que permitiu em função da exposição das obras já executadas e estudos, um
grande aumento nas obras projetadas e executadas (ZIRLIS, 1988).
No Brasil o desenvolvimento da técnica de solo grampeado pode ser
subdividido em duas fases: a fase empírica e a fase atual.
A fase empírica iniciou em 1966, em que a empresa suíça radicada no
Brasil, Ródio Perfurações e Consolidações, aplicou apenas concreto projetado
e tela metálica para estabilização de taludes na barragem de Xavantes. Por
volta de 1970, a técnica foi aplicada com base na experiência de construtores
em NATM, sem um esforço de análise do comportamento, utilizando
tratamento com chumbadores curtos, concreto projetado e tela metálica nos
emboques do túnel-05 do Sistema Cantareira de Abastecimento de água para
59
São Paulo. A partir de 1972, foram aplicadas contenções por chumbadores,
perfurados e injetados com calda de cimento ou somente cravados, e
reticulados de microestacas nos túneis e taludes da Rodovia dos Imigrantes.
A fase atual, com obras mais arrojadas foi iniciada recentemente, tendo
sido projetada de uma maneira racional, através dos métodos de análise. A
literatura divulgada sobre a aplicação do solo grampeado no Brasil vem
crescendo, porém sabe-se que muitas obras permanentes já foram executadas
e não foram escopos de trabalhos técnicos.
Pretendendo-se compor um histórico nacional sobre a utilização de solo
grampeado Abramento, Koshima e Zirlis (1998) realizaram uma pesquisa entre
técnicos da área geotécnica, no período de 1983 a 1996. O resultado
alcançado foi o número de 60 obras num total de 45.923 m², sendo todas de
caráter permanente e em solo. Em 18 casos foi utilizada uma rotina de cálculo
e houve somente um caso instrumentado, embora todos tenham indicado bom
desempenho visual das obras. Não se sabe de obra projetada neste sistema
que após sua execução se mostrou inadequada ou teve de ser alterada para
outro método de contenção.
2.7.2 Conceitos
O princípio do solo grampeado é o mesmo utilizado na técnica NATM de
execução de túneis, na qual se aplica um suporte flexível que permite que o
terreno se deforme, criando uma região plastificada no entorno da escavação,
conforme pode ser observado na Figura 16.
Figura 16: Comparação do NATM com a técnica convencional de
revestimento rígido.
Fonte: Ortigão, Zirlis e Palmeira, (1993).
60
O grampeamento promove um reforço do solo por meio da inclusão de
elementos resistentes à flexão composta, denominados grampos (barras de
aço, barras sintéticas de seção cilíndrica ou retangular, micro-estacas, ou
estacas, em casos especiais). Os grampos são instalados sub-horizontalmente
de forma a introduzir esforços resistentes de tração e cisalhamento. São
aplicados, geralmente, tanto na estabilização de taludes quanto em
escavações. Isso pode ser observado na Figura 17.
Figura 17: Aplicações da técnica do solo grampeado
Fonte: GeoRio, (1999).
Os engenheiros brasileiros tiveram grande facilidade na absorção da
técnica, isso se deve ao fato de que tinham grande familiaridade com as
cortinas ancoradas, que foram introduzidas no país em 1957. Porém, a
experiência obtida com o uso de chumbamento de abóbadas de túneis
construídos pelo método NATM, também foi de suma importância para o
desenvolvimento da técnica no Brasil.
O método compreende também uma camada de concreto projetado, o
qual exerce pouca influência na estabilidade do talude, e a sua função principal
é evitar a desagregação do solo da superfície. O equilíbrio é mantido graças
61
ao funcionamento em conjunto dos grampos e do solo que os envolve, e que
agem como uma estrutura estável que suporta o solo.
Em um primeiro momento, os elementos resistentes (grampos)
instalados não alteram o estado de equilíbrio do maciço. Logo que se escavam
as bancadas do corte, iniciam-se os deslocamentos e a cada etapa de
escavação surge uma nova deformação. As deformações maiores se dão na
crista do talude, as quais decrescem até próximo de zero no pé do mesmo. As
velocidades de deslocamento são decrescentes, tendendo a zero. Isso atesta
o estado de equilíbrio alcançado após o alívio de tensões, oriundo das
deformações controladas (GUIMARÃES FILHO, 1994).
2.7.3 Execução da técnica
O processo executivo de solo grampeado é realizado em fases
sucessivas de corte do terreno e colocação do grampo. O procedimento de
corte pode ser ascendente ou descendente (do topo em direção ao pé do
talude). Quando o material da região escavada é estável, os grampos são
imediatamente instalados; fato contrário pode-se aplicar uma fina camada de
concreto projetado, a fim de minimizar os deslocamentos prévios dos cortes
antes do grampeamento.
Os equipamentos utilizados na escavação devem perturbar o mínimo
possível o material a ser escavado. Caso existam áreas desagregadas de solo
na face escavada, as mesmas devem ser retiradas.
Quando aplicado em escavações, são quatro as etapas constituintes do
reforço com grampos: escavação da camada; perfuração do solo; introdução
dos elementos resistentes e proteção da face (revestimento do paramento).
Já para o caso de estabilização de taludes naturais, apenas as três
últimas etapas são executadas.
Após o término de um ciclo inicia-se nova escavação, dando
continuidade ao processo. A Figura 18 ilustra as fases de execução da técnica
do solo grampeado.
62
Figura 18: Construção de estrutura em solo grampeado em escavações com
equipamentos mecânicos
Fonte: Zirlis et al, (1999).
No decorrer das escavações, é sujeito à descompressão lateral.
Finalizada a execução, em geral os valores máximos de deslocamentos
verticais e horizontais ocorrem no topo.
Estes deslocamentos no topo do paramento são dependentes de alguns
fatores, tais como: seqüência construtiva; altura das faces de escavação;
espaçamento entre grampos; comprimento dos grampos; fator de segurança
global admitido; razão entre o comprimento do grampo/altura do muro e
inclinação dos grampos.
Caso os deslocamentos laterais no topo sejam excessivos, pode ser
utilizado o recurso de estruturas mistas, que consistem em uma estrutura de
solo grampeado enrijecido com tirantes nas primeiras linhas de reforço.
63
2.7.4 Fases de execução
Fase I
Escavação da camada
de solo
Figura 19: Escavação da camada de solo.
Fonte: Clouterre, (1991).
Fase ll
Perfuração do Solo
Figura 20: Perfuração do solo.
Fonte: Clouterre, (1991).
Fase lll
Introdução dos elementos
resistentes
Figura 21: Introdução dos elementos resistentes.
Fonte: Clouterre, (1991).
Fase lV
Proteção da superfície
Figura 22: Proteção da superfície.
Fonte: Clouterre, (1991).
64
2.7.4.1 Escavação da camada de solo
O corte do solo é iniciado conforme especificação em projeto. As
escavações devem ser realizadas em bancadas quando possível, com
profundidades variando entre 1 a 2m, em função do tipo de solo. Em geral, os
solos capazes de serem grampeados são areias consolidadas, areias úmidas
com coesão capilar, argilas adensadas e rochas brandas. No caso de solos
arenosos, alturas superiores a 2,0m ou inferiores a 0,5m são raras. Em argilas
sobreadensadas podem se alcançar profundidades superiores a 2m (BRUCE e
JEWELL, 1987).
Para cortes verticais, Gässler (1990), indicou profundidades de cada
estágio de escavação em função do tipo de solo, conforme Tabela 10.
Tabela 10: Altura das etapas de escavação;
Tipo de Solo
Incremento de Escavação (Hescav)
Pedregulho
0,5m
1,5m
(com coesão aparente)
(solo com cimentação)
1,2m
(medianamente
1,5m
2,0m
Areia
compacta, com
(compacta, com
(com cimentação)
coesão aparente)
coesão aparente)
2,0m
Silte
1,2m
(função do teor de humidade)
1,5m
2,5m
Argila
(normalmente consolidada)
(sobreadensada)
Fonte: Gässler, (1990).
No decorrer da escavação, o solo deve permanecer estável. Assim como
em outras técnicas de contenção, a execução de uma estrutura em solo
grampeado envolve uma fase crítica durante o processo executivo que
corresponde a uma instabilidade local (função da altura de solo a ser
escavada). Se o solo não se sustentar pelo período de tempo necessário, sua
face recém escavada deve ser estabilizada imediatamente (LIMA, 2007).
Lima Filho (2000) recomenda uma inclinação de 5º a 10º do paramento,
em relação à vertical, para obter-se um ganho na estabilidade geral do conjunto
na fase construtiva. Quanto maior a inclinação, melhor o ganho na estabilidade
do conjunto. Outro procedimento que pode ser realizado para minorar os
deslocamentos do talude em solo grampeado, durante as etapas construtivas,
65
é a realização da escavação em bermas ou nichos, como pode ser observado
na Figura 23.
Figura 23: Processo de escavação em bancadas.
Fonte: Lazarte et al., (2003).
2.7.4.2 Perfuração do solo
O método de perfuração deverá ser escolhido de forma que a cavidade
permaneça estável até a conclusão dos serviços. A perfuração é executada
com um trado ou equipamento motorizado de fácil manuseio e pode ser que
não haja necessidade de revestimento das paredes do furo.
No processo de perfuração, utiliza-se água ou ar comprimido. O uso de
lama bentonítica não é recomendado, devido a potencial redução do atrito
entre o solo e o reforço; caso seja utilizada, recomenda-se a execução de
lavagem eficiente do furo com calda de cimento.
Os equipamentos para a perfuração pesam entre 0,05kN (5 kgf) e 10kN
(1000kgf), portanto leves, de fácil transporte, manuseio e operação em
qualquer talude, uma vez que geralmente as perfurações são de pequeno
diâmetro chegando a 200mm e com comprimentos que chegam a 25m
(SPRINGER, 2006).
Para maiores diâmetros e comprimentos são utilizados equipamentos de
maior porte, como sondas perfuratrizes, porém, com restrições de acesso a
áreas acidentadas.
66
2.7.4.3 Introdução dos elementos resistentes
Os grampos ou elementos resistentes são inclusões semi-rígidas
capazes de resistir à tração e ao cisalhamento. Os grampos podem ser
introduzidos no maciço por meio de pré-furo, seguido pela introdução de
elemento metálico e preenchimento do furo com material cimentante (grampo
injetado) ou por cravação direta de elementos metálicos (grampo cravado).
Novos materiais sintéticos e compostos são pesquisados e tem levado à
utilização dos plásticos reforçados por fibras (FRP - Fiber reinforced plastics),
que
são
imunes
à corrosão
por uma
grande
maioria
de
agentes
agressivos (Ortigão, 1995). As barras de FRP são produzidas por um processo
denominado pultrusão e o produto final apresenta grande resistência à tração
(até três vezes a do aço) e baixo peso específico, mas o custo é mais elevado.
O uso do plástico reforçado só é recomendado em ambientes de extrema
agressividade (SPRINGER, 2006).
2.7.4.3.1 Grampos Injetados
Este procedimento exige pré-furo, quando finalizada a perfuração,
segue-se à instalação e fixação dos elementos de reforços (grampos). No
Brasil, os grampos são geralmente feitos de aço, do tipo CA-50, DYWIDAG,
Resinex, Incotep ou Rocsolo de 12,5mm a 41mm (Tabela 11).
Tabela 11: Tipos de barras de aço;
Aço
Seção
Dywidag Gewi ST 50/55
Plena
Diâmetro
(mm)
32mm
Dywidag ST 85/105
Plena
32mm
CA 50 A
Plena
Entre 12,5 e 32,0mm
CA 50 A
Reduzida com rosca
Entre 12,5 e 32,0mm
Rocsolo ST 75/85
Rosqueada
Entre 14,0 e 41,1mm
Incotep
Rosqueada
Entre 19,0 e 50,0mm
Resinex
Rosqueada
Entre 14,0 e 41,1mm
Fonte: GeoRio,(1999).
67
Depois das barras terem sido introduzidas nos furos e posicionadas com
o auxílio de centralizadores, os vazios são preenchidos com fluído cimentante
qualquer; geralmente, calda de cimento com elevado teor de cimento.
A injeção de calda de cimento é exercida por meio de tubulação
acessória, injetando-se a calda de cimento do fundo para a superfície
(processo ascendente), preenchendo-se totalmente a cavidade.
A Figura 24 mostra uma seção típica do grampo injetado. Nota-se a
presença de centralizadores que têm a função de evitar o contato do elemento
metálico com o solo. Desta forma, garante-se uma espessura constante de
material cimentante ao redor da barra. A extremidade do grampo pode ser
dobrada ou fixada com placa e porca, junto ao revestimento de concreto
projetado.
Unido à barra, pode-se prever a instalação de um ou mais tubos de reinjeção perdidos, de polietileno ou similar, com diâmetro de 8 a 15 mm,
providos de válvulas a cada 0,5 m, a até 1,5 m da boca do furo. A quantidade
de tubos depende das fases de injeção previstas, e deve-se considerar um
tubo para cada fase. Sugere-se que todo grampo receba, pelo menos, uma
fase de re-injeção além da bainha. A re-injeção (segunda injeção), além de
promover a melhor ancoragem do grampo, trata o maciço, adensando-o e
preenchendo fissuras (SPRINGER, 2006).
Figura 24: Detalhes dos grampos injetados
Fonte: Manual de serviços geotécnicos- SOLOTRAT, (2009).
68
Souza et al.(2005) apresentam os resultados da escavação de 12
grampos, examinando detalhes relativos a diferentes estágios de injeção.
Nos grampos com apenas injeção de preenchimento do furo (bainha),
verificou-se que a exsudação da calda de cimento provoca vazios em grande
parte do furo, não reconstituindo totalmente, o desconfinamento provocado
pela perfuração. Se a injeção do grampo não promove um perfeito
preenchimento do furo, o grampo tem sua função prejudicada. Nos grampos
que receberam uma re-injeção, após a execução da bainha, houve o
preenchimento dos vazios causados pela exsudação da calda de bainha. Este
fato foi comprovado pela coloração diferente da calda de re-injeção. Esta reinjeção reconstitui o confinamento do furo e possibilita o tratamento do solo no
entorno do grampo, promovendo uma redução dos deslocamentos da
contenção.
Zirlis e Pitta (2000) recomendam que a bainha (primeira injeção ou
injeção de preenchimento do furo) seja injetada por tubo auxiliar removível, de
forma ascendente, com calda de fator água/cimento próximo de 0,5 (em peso),
proveniente de misturador de alta turbulência, até o seu extravasamento na
boca do furo. Sugerem ainda que a re-injeção seja realizada após um tempo de
cura da bainha, com um mínimo de 12 horas, por meio do tubo de re-injeção
que contém as válvulas manchetes e que permanece no interior do furo.
A Figura 25 apresenta os tipos mais utilizados de cabeça de grampos. O
primeiro tipo (Figura 25a), a porca e a placa de apoio permitem a aplicação de
uma pequena carga de incorporação, que serve para garantir o contato soloconcreto projetado, precaução importante no caso de muros com paramento
vertical. O segundo tipo (Figura 25b) é empregado em taludes inclinados, a
extremidade do grampo com diâmetro até 20 mm é dobrada para a fixação ao
revestimento. No terceiro tipo (Figura 25c), a extremidade do grampo é
embutida no terreno.
A prática usual utiliza os grampos com dobra, ou embutidos no terreno,
conforme Figura 25b e 25c, assim não há o acumulo de tensões junto à cabeça
dos grampos.
69
(a) φaço ≥ 20 mm
(b) φaço <20 mm
(c) extremidade embutida no terreno
Figura 25: Tipos de cabeça de grampos
Fonte: Ortigão et al, (1993), GeoRio, (1999).
A barra de aço não deve perder suas características de resistência ao
longo do tempo. Portanto, deve receber tratamento anticorrosivo adequado,
usualmente por meio de resinas epóxicas ou proteção eletrolítica. No caso do
grampo injetado, a própria camada de cimento (de pelo menos 20 mm) fornece
uma proteção considerável à barra metálica. Ainda pode-se utilizar tubo
plástico, metálico ou de fibra (todos corrugados), preenchido com calda de
cimento para proporcionar uma proteção dupla aos grampos, como
recomendado em algumas situações pela ABNT NBR 5629, apresentado na
Tabela 12 abaixo.
70
Tabela 12: Proteção anticorrosiva proposta na NBR 5629;
Classes
1
2
3
Tipo de Chumbador
Proteção
Permanentes em meio
agressivo, ou provisórios em
meio muito agressivo
Permanentes em meio
agressivo ou provisórios em
meio medianamente
agressivo
Dupla, com emprego de
pintura anticorrosiva e
calda de cimento.
Simples, com injeção de
calda de cimento.
Permanentes ou provisórios
em meio não agressivo.
Fonte: Manual de serviços geotécnicos - SOLOTRAT, (2009).
A Tabela 13 resume alguns cuidados a serem tomados durante a
execução do grampo, que contribuem para melhoria do seu desempenho.
Tabela 13: Especificações de projeto com grampos injetados;
Item
Descrição
Em solos secos, é realizada a seco e com ar
comprimido durante a perfuração. Em solos úmidos, o
Limpeza do furo
equipamento de perfuração deve utilizar água ou outro
fluído de lavagem.
O expansor de calda de cimento é um aditivo que evita a
retração e, consequentemente, a diminuição do atrito
Aditivos
solo-grampo. Outro aditivo recomendado é o acelerador
de cura, que reduz os prazos de execução do reforço
Deve ser obrigatório, especialmente em grampos longos
(L>3m), para garantir o preenchimento adequado do
furo.
Os espaçadores podem ser fabricados na própria obra
Espaçadores ou
com tubos de PVC e instalados a cada 3m ao longo da
centralizadores
barra de aço, garantindo a sua centralização no furo
Tubo lateral de
injeção
Fonte: Ortigão, (1997).
2.7.4.3.2 Grampos cravados
Os grampos podem ser executados com a cravação direta de barras de
aço, cantoneiras ou tubos, os quais podem ser feitos manualmente ou com
equipamentos mecânicos. Esta não é, entretanto, a prática brasileira.
71
O método por percussão é parecido com o processo de enfilagem usado
por construtores de túneis NATM e leva a um processo de execução muito
rápido, mas a resistência ao arrancamento é, em geral, pequena. Este
processo não pode ser empregado quando há ocorrência de pedregulhos e é
inconveniente no caso de argilas porosas, pois o atrito resultante é muito baixo.
O processo de cravação por percussão também não pode ser empregado em
solos muito resistentes, como os saprolitos de granito e gnaisses, devido à
dificuldade de cravação do grampo nessas condições adversas.
2.7.4.3.3 Geometria dos grampos
O dimensionamento do comprimento do grampo (L), ângulo de
instalação e dos espaçamentos vertical e horizontal entre grampos, depende
de alguns fatores, tais como: altura e ângulo de inclinação da face, tipo de
grampo, quantidade de grampos, resistência ao arrancamento (qs) e variáveis
ambientais que eventualmente possam alterar as características mecânicas do
grampo.
Como regra geral, para estruturas com face vertical e superfície do
terreno horizontal, os grampos são dispostos em linhas, suavemente inclinados
em relação à horizontal.
Entretanto, os grampos são mais eficientes no
controle de deslocamentos laterais da estrutura, quando instalados na
horizontal. Na prática, a tecnologia de instalação dos grampos permite que se
adotem ângulos de inclinação, variando de 5 a 15º em relação à face do talude.
Deve-se atenção a este fator, em casos onde a estrutura não atende aos
requisitos de face vertical e superfície horizontal, as inclinações podem ser
maiores.
A Tabela 14 apresenta valores típicos de parâmetros geométricos e
características de grampos para estruturas com face vertical e superfície do
terreno horizontal.
72
Tabela 14: Estruturas com face vertical e topo horizontal;
Espaçamento entre Grampos
Parâmetros
Reduzidos (1)
Elevados (2)
Comprimento dos grampos
0,5 a 0,7 H
0,8 a 1,2 H
Numero de grampos por m² de face
1a2
0,15 a 0,40
Perímetro do grampo
150 a 200mm
200 a 600mm
Resistência a tração
120 a 200kN
100 a 600 kN
(1) Grampos cravados ou grampos injetados de pequeno diâmetro.
(2) Grampos injetados com grandes diâmetros.
Fonte: Clouterre, (1991).
Em projetos é recomendável que os grampos possuam o mesmo
diâmetro, comprimento e ângulo de inclinação. Diferentes inclinações podem
ser justificadas em casos especiais e quando os grampos são localizados
próximos de obstáculos, tais como fundações de edificações vizinhas, pilares,
cabos e interferências de qualquer espécie.
2.7.4.4 Proteção da superfície
Logo após a introdução dos grampos, deve-se executar a proteção da
face do maciço, a fim de que a mesma não sofra processos de rupturas
localizadas e de erosão superficial, causados principalmente pela ação da
chuva e outras intempéries naturais. Em solos, a proteção é geralmente
executada por meio de aplicação de concreto projetado sobre uma malha
metálica ou adicionado com fibras, a espessura varia entre 5cm e 15cm e
deve possuir armadura
suficiente
para
resistir
à
tração
gerada
pela
dilatação térmica do próprio concreto
Sobre toda a face do talude é aplicado concreto projetado, obtendo-se
uma superfície protetora com boa resistência à erosão e grande durabilidade.
Pode-se utilizar a aplicação por via seca ou úmida. Em obras de menor porte,
como é o caso da maioria das obras de contenção, emprega-se o concreto por
via seca, em face da extrema praticidade de aplicação. Ou seja, o trabalho
pode ser interrompido e reiniciado sem perda de material e tempo para limpeza
do equipamento. A via úmida só é utilizada, em geral, em casos de grandes
volumes, superiores a 5m³ aplicados ininterruptamente, pois a cada paralisação
73
é necessário efetuar uma limpeza geral no mangote, o que não seria prático
em pequenas obras (GEORIO, 1999). Porém, a perda por reflexão do concreto
na parede da contenção, é bem maior no caso de concreto projetado por via
seca (cerca de 40% maior) em comparação com o processo por via úmida
(SPRINGER, 2006).
O concreto é projetado com grande energia, o que proporciona uma
ótima compactação do concreto, que colabora sobremaneira com sua alta
resistência, bem como o adensamento da capa superficial do solo com uma
eficiente colagem (GEORIO, 1999).
A bomba de projeção mais comum é esquematizada na Figura 26.
A
mistura do cimento e agregados é introduzida no funil superior e encaminhada
para um conjunto de cilindros rotativos. Quando a mistura atinge a posição do
suprimento de ar comprimido, é impulsionada por meio do mangote (GEORIO,
1999).
Figura 26: Máquina ou bomba de projeção por via seca.
Fonte: GeoRio, (1999).
No caso do processo por via seca, o controle do volume de água
adicionado é regulado pelo operador ao final do mangote, diretamente no bico
de projeção, de acordo com a sua experiência. No caso do concreto projetado
por via úmida, o concreto já entra na bomba devidamente dosado e no bico de
74
projeção é injetado ar comprimido para o seu lançamento. Neste caso, o
concreto projetado adquire maior qualidade e homogeneidade.
O uso de telas soldadas confere ao concreto uma armação muito prática
e eficiente. Ressalta-se a necessidade de garantir seu cobrimento, além de
garantir a boa ligação entre ambos; além disso, deve se tomar cuidado para
que não sejam deixados vazios entre a face do talude e a camada de concreto.
Outra opção é representada pela adição de fibras metálicas ou sintéticas
ao concreto, resultando em maior resistência à tração e impermeabilização da
camada.
Outros tipos de proteção vêm sendo executados atualmente, tais como a
utilização, em solos, de malha metálica revestida de plástico ou geogrelha e a
posterior plantação de vegetação para conter a erosão superficial da face.
Além de ser uma opção econômica, é a que mais se integra ao meio ambiente.
2.7.5 Medidas preventivas quanto à presença de água
A drenagem é um fator muito importante em estruturas de contenção.
Um sistema de drenagem adequado deve prevenir a geração de poropressões,
além de proteger a face contra a deterioração causada pela água.
A estrutura precisa estar protegida contra infiltração de água, que pode
resultar em carregamentos na face podendo causar deslizamento ou ruptura do
solo. A água pode também induzir uma rápida redução na resistência da
estrutura, por meio da corrosão das barras, especialmente quando a água
contiver substâncias corrosivas.
Mesmo quando o terreno não possui um nível d’água permanente, pode
ocorrer à presença de água por infiltração na superfície, ou pela existência ou
desenvolvimento de fluxo subterrâneo, gerado, por exemplo, pela ruptura
acidental de tubulações de água e esgoto.
Para proteger a estrutura contra os efeitos nocivos da água, algumas
medidas preventivas devem ser tomadas. A prática usual recomenda a
execução dos convencionais serviços de drenagem profunda e de superfície.
75
No
caso
de
drenagem
profunda,
recomendam-se
drenos sub-
horizontais, executados com tubos plásticos drenantes, de diâmetro variando
entre 40 e 50mm, em perfurações no solo de 60 a 100mm de diâmetro (Figura
27). O comprimento dos drenos deve ser maior que o dos grampos, sendo o
espaçamento dependente das condições locais.
Figura 27: Detalhe do dreno profundo
Fonte: ABMS / ABEF,(1999).
Para os drenos de sub-superfície, recomenda-se a instalação de
barbacãs na face do talude, além de drenos verticais, atrás da parede de
concreto projetado.
O dreno tipo barbacã é executado escavando-se uma cavidade com
cerca de 40 x 40 x 40 cm, a qual é preenchida com material arenoso. A ligação
entre a cavidade com areia e a atmosfera é realizada por meio de um tubo de
PVC perfurado, encoberto com tela de nylon ou geotêxtil drenante, com
inclinação decrescente (Figura 28).
O dreno vertical atrás da parede pode ser executado a partir da
instalação de calha plástica revestida por manta geotêxtil numa escavação de
10 x 30 cm, na direção vertical da crista até o pé do talude (Figura 28). A água
coletada neste dreno é recolhida em uma canaleta instalada no pé da
escavação. Esta alternativa é bastante eficiente e recomendada para o caso de
estruturas permanentes.
As canaletas de crista e pé, bem como, as escadas de descida d’água
são moldadas in loco e revestidas por concreto projetado.
76
Figura 28: Detalhe dos drenos tipo barbacã e de paramento
Fonte: ABMS / ABEF,(1999).
2.7.6 Vantagens
A técnica de solo grampeado apresenta vantagens econômicas tanto no
escoramento de escavações quanto na estabilização de taludes. Desde o
primeiro emprego no Brasil, vários projetistas e construtores têm optado por
esta solução e já se obteve uma razoável experiência em obras executadas.
A evolução dos métodos de análise, a experiência na execução e os
bons resultados permitem aperfeiçoar o projeto, reduzindo-se o comprimento
total de grampos.
A disseminação da técnica de solo grampeado deve-se a diversas
vantagens:
Baixo custo: a execução da obra requer poucos tipos de
equipamentos: máquina para remover o solo de escavação, sonda de
perfuração, equipamento de injeção de calda de cimento ou martelo
77
mecânico para cravação dos grampos e máquina para lançamento
do concreto projetado do paramento.
Facilidade de execução: a técnica pode ser executada utilizando-se
equipamentos convencionais de perfuração e chumbamento, como,
barras de aço, utilizadas na construção civil.
Velocidade de execução: os avanços dos serviços de contenção
ocorrem de forma contínua. A velocidade na execução do reforço é
conferida por meio da utilização de equipamentos adequados. A
utilização de concreto projetado na execução do paramento também
confere velocidade à obra.
Acessibilidade: os equipamentos utilizados são de fácil transporte,
sendo, portanto particularmente interessantes em locais de difícil
acesso, de área limitada, densamente ocupados ou instáveis.
Segurança: os muros de solo grampeado podem facilmente ser
inclinados no sentido do terreno, contribuindo para uma maior
estabilidade do muro e redução do movimento de terra na obra.
Além disso, a inclinação da parede minimiza a perda por reflexão do
concreto projetado.
2.7.7 Limitações
Apesar das vantagens expressivas, a técnica de solo grampeado
também apresenta algumas restrições:
Tipo de solo: o solo deve possuir alguma coesão ou cimentação,
para que o talude permaneça estável por algumas horas até a
instalação dos grampos.
Presença de nível d’água: na presença de nível d’água, devem-se
projetar sistemas eficientes de rebaixamento permanente do NA.
Monitoramento obrigatório da obra: taludes resultantes de
escavações junto a estruturas pré-existentes, sujeitas a danos por
recalques, somente devem ser estabilizados pelo processo de
grampeamento, se houver uma análise adequada e controle de
78
recalques da estrutura. Tal recomendação é decorrente das
deformações inevitáveis que ocorrem durante a mobilização da
resistência do solo e alongamento do grampo até atingir a sua carga
de trabalho, que induzem recalques na superfície de montante do
talude escavado.
Qualidade do grampo: em estruturas de longa vida útil, deve-se
prestar atenção particular a durabilidade dos grampos usados em
solos corrosivos.
2.7.8 Modelos de análise e métodos de projeto
Não há uma metodologia padrão ou única para dimensionamento de
uma estrutura em solo grampeado. A literatura apresenta diferentes enfoques
conceituais quanto à fenomenologia de funcionamento.
Os principais métodos de análise de obras de solo grampeado estão
sumariados na Tabela 15.
Em todos os casos o terreno atrás do muro é
subdividido em uma zona ativa, limitada por uma superfície potencial de
deslizamento, sendo o restante considerado zona passiva (Figura 29). Os
termos, ativo e passivo, referem-se à forma de mobilização dos esforços no
grampo. O limite entre as duas regiões é definido pela localização em cada
grampo do ponto de máxima força axial. A força axial é desenvolvida a partir
do deslocamento do solo causado pela descompressão lateral (escavação).
ξ
Figura 29: Mobilização de esforços nos grampos nas zonas ativa e passiva
Fonte: Springer, (2006).
79
A análise de estabilidade global é feita considerando os esforços
estabilizantes dos grampos atuando nesta cunha ativa. Os métodos diferem,
entretanto, quanto à forma da superfície de ruptura, quanto ao método de
cálculo do equilíbrio das forças atuantes e quanto à sua natureza.
Maiores detalhes sobre os métodos são apresentados por Stocker e
outros (1979), Shen e outros (1981), Schlosser (1983), Juran e outros (1988),
Bridle (1989), Anthonie (1990), Ortigão e outros (1993) e Dyminski (1994).
Tabela 15: Métodos de análise;
Métodos
Características
Alemão
Davis
Referência
Stocker e
outros
(1979)
Shen e
outros
(1981)
Análise
Equilíbrio
Limite
Divisão da
massa de solo
Fator de
segurança
Superfície de
ruptura
Multicritério
Cinemático
Cardiff
Escoamento
Schlosser
(1983)
Juran e
outros
(1988)
Bridle
(1989)
Anthonie
(1990)
Equilíbrio
Limite
Equilíbrio
Limite
Tensões
Internas
2 Blocos
2 Blocos
Fatias
-
Fatias
Bloco Rígido
Global
Global
Global ou
Local
Local
Global
Global
Bilinear
Parabólica
Circular ou
Poligonal
Espiral Log
Espiral
Log
Espiral Log
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Não
Qualquer
Vertical
Qualquer
Qualquer
Qualquer
Qualquer
1
1
Qualquer
1
1
1
ou Francês
Equilíbrio
Teoria de
Limite
Escoamento
Grampo
resistente a
tração
Grampo
Resistente ao
cisalhamento
Grampo
resistente a
flexão
Inclinação da
parede
Camadas de
solo
Fonte: Ortigão et al, (1993).
80
O método Multicritério é baseado em método de equilíbrio limite de fatias
em que os grampos aplicam na base de cada fatia os esforços estabilizantes
de tração e cisalhamento. O fator de segurança global pode então ser
calculado para a massa total de solo. As demais hipóteses estabelecidas por
Schlosser (1983), para este método dizem respeito: à resistência do material
de reforço empregado (tração e o cisalhamento); supõe o atrito solo-grampo
constante e igual à “qs”; admite que a tensão “p” aplicada pelo terreno normal
ao eixo de um elemento de reforço deve ser inferior a um valor limite “pmáx” e
admite a equação de Mohr-Coulomb para a resistência do solo. A Figura 30
apresenta os modelos de ruptura vistos na tabela acima.
Figura 30: Modelos de ruptura.
Fonte: Ortigão et al, (1993).
2.7.9 Comportamento mecânico do grampo
O principal elemento de interação dos grampos está relacionado à
mobilização do atrito existente entre a superfície dos mesmos e o solo
circundante. Como as inclusões trabalham basicamente à tração, quanto maior
o atrito entre os dois materiais, melhor será o desempenho do reforço.
A
resistência ao arrancamento depende não só do tipo e densidade do solo, mas
também do tipo do grampo.
Grampos injetados apresentam resistência ao
arrancamento superior à obtida com os grampos cravados. Para que o atrito na
81
interface seja mobilizado é necessário que haja pequenos deslocamentos (de
apenas alguns milímetros) entre o grampo e o material do maciço.
A quantificação da resistência ao arrancamento é obtida por meio de
ensaios de arrancamento, executados no campo. Estes ensaios podem ser
realizados com um trecho livre de 1m seguido de trecho injetado com 3m de
comprimento (não há normatização). O grampo é tracionado e a carga de
tração deve ser acompanhada por célula de carga.
Em obras de grande porte, os ensaios de arrancamento devem ser
realizados antes da obra, para se estabelecer o valor da resistência ao
arrancamento “qs” a ser adotada no projeto. Em obras menores, isso
raramente ocorre. Os ensaios são realizados durante a obra e o projeto é
ajustado à medida que se obtêm resultados desses ensaios.
Recomenda-se que sejam efetuados ensaios de arrancamento, na
quantidade mínima de um por fileira de reforços e a cada mudança de material
constituinte do terreno.
2.7.10 Ensaios de arrancamento
Um dos parâmetros mais importantes em projetos de solo grampeado é
a resistência ao cisalhamento no contato solo-grampo “qs”. O valor de “qs” é
função das propriedades do solo, do grampo e da interface solo-grampo
(Schlosser e Unterreiner, 1990). É obtido experimentalmente em ensaio de
arrancamento (“pull out test”), esquematizado na Figura 31. Os fatores que
podem influenciar os valores de “qs” são: as características do terreno e o tipo
de tecnologia empregada no processo executivo, tais como as propriedades do
grampo, método de perfuração e de limpeza do furo, características da calda
de cimento e o emprego de aditivos (SPRINGER, 2006).
82
(a) esquema do ensaio
(b) detalhes da cabeça do grampo
Figura 31: Ensaio de arrancamento.
Fonte: Ortigão e Sayão, (2000).
O valor de qs é definido no ensaio de arrancamento pela equação 2.10:
qs =
TN
Π.φ furo .Linj
(2.10)
83
Onde:
qs: resistência ao cisalhamento no contato solo-grampo;
TN: força normal máxima (carga que leva o grampo à ruptura por cisalhamento
com o solo);
Øfuro: diâmetro do furo;
Linj: comprimento do trecho injetado do grampo.
A Tabela 16 apresenta a quantidade de ensaios de arrancamento
recomendada pelo Projeto Clouterre (Clouterre, 1991).
Tabela 16: Quantidade de ensaios de arrancamento;
Ensaios de Arracamento
Preliminares e de Área da face
Área da face (m²)
conformidade
em (m²)
Até 800
6
800 a 2000
9
2000 a 4000
4000 a 8000
8000 a 16000
16000 a 40000
12
15
18
25
Fonte: Clouterre, (1991).
De inspeção
Até 1000.
5 (para cada camada
de solo) e 1 (para cada
fase de escavação).
Maior que
1000.
Aumenta-se 1 para
cada 200m².
84
3 METODOLOGIA DO TRABALHO
A metodologia de trabalho consistiu, em princípio, de pesquisas e busca
de informações que melhor detalhassem o estudo proposto, os quais
constituíram subsídios necessários à elaboração das análises de estabilidade
da obra objeto deste estudo.
Após embasamento teórico pertinente, fez-se um levantamento de todas
as informações disponíveis e necessárias nos projetos e mapas pertencentes
ao Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São
Paulo – Curitiba – Florianópolis – Osório, da consultora consórcio Iguatemi –
Dynatest e Segunda Revisão de Projeto da Construtora Queiroz Galvão.
Nesta etapa, foi realizada a reunião de todas as informações obtidas, as quais,
após criterioso julgamento, serviram para a complementação, visando à
realização da caracterização geológica e geotécnica da área de estudo.
A caracterização geológico-geotécnica da área baseou-se no estudo da
sua estratigrafia e suas respectivas características físicas. Esta caracterização
foi fundamental para a definição do comportamento físico e mecânico dos
materiais (rochas e solos) presentes na área objeto de estudo e realizada
através de sondagens SPT e sondagens rotativas, pela Construtora Queiroz
Galvão, responsável pela elaboração do projeto de revisão da BR-101 do Lote
27.
Para a determinação dos parâmetros de resistência dos solos (coesão e
ângulo de atrito) foram realizados, pela Construtora Queiroz Galvão, ensaios
triaxiais para as amostras, executados no Laboratório de Mecânica dos Solos
(LMS) da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC.
Nas análises de estabilidade aplicou-se o método de Janbu Simplificado
(1973), através do programa computacional Slide do grupo Roc Science.
As análises de estabilidade global para obtenção do FSadm≥1,5 foram
realizadas sobre as informações obtidas a respeito do talude de projeto. Após a
verificação dos resultados encontrados nestas análises, determinaram-se os
elementos de reforço. Optou-se por adotar um sistema de drenagem profunda,
associado à Técnica de Solo Grampeado quando necessário.
85
Após a constatação de que todos os FSmin calculados, atendiam os
valores de FSadm, foi executado o projeto da estrutura de reforço aplicada, neste
projeto encontram-se todas as seções e o tipo de intervenção proposta.
Os preços, referentes aos serviços previstos em projeto, foram
levantados, com a finalidade de determinar o impacto financeiro gerado pela
alteração de projeto, não prevista em contrato inicial.
86
4 EXPOSIÇÃO DOS DADOS
4.1 Estudos geológicos
Com base no relatório de projeto do Programa de Ampliação da
Capacidade Rodoviária do Corredor São Paulo – Curitiba – Florianópolis –
Osório da consultora consórcio Iguatemi – Dynatest, apresentado em março
de 2002, serão apresentados os estudos realizados relativos à geologia da
região denominada Lote 27, referente ao trecho do km 358,500 ao km 387,000,
no qual se encontra inserida a obra objeto de estudo.
4.1.1 Relatório
Os Estudos Geológicos tiveram por base consultas aos dados existentes
e a interpretação expedita de fotografias aéreas na escala 1:8.000. Esta
interpretação abrangeu aspectos geológicos, geomorfológicos e pedológicos.
Os resultados destes levantamentos iniciais foram lançados sobre a
base cartográfica disponível, constituindo as Cartas de Serviço.
O traçado da rodovia BR-101 no Estado de Santa Catarina desenvolvese na borda continental dominada pela Planície Costeira. Pequenos trechos
cortam rochas cristalinas e cristalofilianas do embasamento, que formam as
Serras do Leste Catarinense. Nesse trecho sul do Estado de Santa Catarina,
as rochas cristalinas são representadas pelo batolito granítico da Suite Intrusiva
Pedras Grandes, enquanto que a Planície Costeira é composta por sedimentos
areno-síltico-argilosos de origens diversas, desde marinha até continental,
formando vários ambientes deposicionais.
A Tabela 17 apresenta a Coluna Estratigráfica Regional.
87
Tabela 17: Coluna estratigráfica regional;
Era/Período Símbolo
Formação
Cenozóico/
Quaternário
Ambiente/Litologia
DFH
Depósitos Holocênicos
DDP
Depósitos Pleistocênicos
Col+EI
Planície de inundação/arenoargilosos.
Flúvio-deltaicos/areno-argilosos.
Depósitos gravitacionais e in-situ
Colúvios e Elúvios/argilo-arenosos.
Pleistocênicos
Tálus e/ou regolito granítico.
Mesozóico
JKsg
Serra Geral
Ígneo/diques de diabásio.
Paleozóico
Rc
Riolito Cambirela
(Cambriano)
SIPG
Suite Intrusiva Pedras Grandes
Ígneo/riolitos.
Granitóides (sieno granito).
Fonte: DNER – Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São Paulo –
Curitiba – Florianópolis – Osório – Volume 01 (2002, p. 82).
O trecho da rodovia BR-101/SC, entre o km 358,500 e o km 387,000,
desenvolve-se
em
três
ambientes
geológicos
distintos,
descritos
na
continuação. O primeiro ambiente geológico é formado por rochas mais
antigas, Eo-paleozóicas, oriundas de uma sequência intrusiva denominada de
Suite Intrusiva Pedras Grandes (SIPG), composta por granitos grosseiros
granulares hipidiomórficos, localmente sienogranitos, alcalinos cujo mineral
principal é o oligoclásio (feldspato calco-sódico), podendo conter ainda pouco
quartzo e, como mineral máfico, a biotita.
O
segundo
ambiente
geológico
está
representado
por
rochas
sedimentares existentes na área, que podem ser agrupadas em duas
Formações distintas, a saber: Formação Rio Bonito, caracterizada por rochas
sedimentares areníticas, e Formação Palermo, rochas eminentemente pelíticas
constituídas por siltitos arenosos, siltitos e folhelhos sílticos com intercalações
delgadas e interlaminações de arenitos quartzosos muito finos.
Já
no
que
tange
aos
sedimentos
modernos,
quaternários,
representativos do terceiro ambiente geológico, é possível reconhecer-se e
mapear dois tipos de depósitos modernos: Depósitos Deltaicos Pleistocênicos
(DDP) e Depósitos Fluviais Holocênicos (DFH).
Os depósitos deltáicos pleistocênicos são formados em cotas mais altas,
constituindo terraços elevados que originalmente eram depositados pelas
drenagens na foz e no leito dos paleorios, e que foram retrabalhados pela ação
marinha durante os eventos transgressivos. São constituídos por sedimentos
grosseiros areno-argilosos a argilosos escuros em locais de paleolagoas.
88
Os depósitos fluviais holocênicos são constituídos por areias finas e
argilas de origem continental, depositados em planícies de inundação, a partir
do extravasamento dos rios locais, durante a evolução dos episódios
paleoclimáticos
do
Quaternário
recente.
São
camadas
de
argilas,
interacamadadas com lentes arenosas finas, indicando a presença de baixa
energia de transporte.
É possível nestes locais ocorrer a presença de solos moles, isto é, lentes
argilosas com baixa capacidade de carga.
Capeando as rochas cristalinas, ocorre um manto profundo e espesso
de solos formados “in situ”, compostos por argilas vermelhas, arenosas e
fragmentos da rocha original (El); são os depósitos colúvio-eluviais. Além disso,
também ocorre nas porções inferiores das encostas graníticas, depósitos
gravitacionais,
argilo-arenosos
e
siltosos
sem
estrutura
deposicional,
provenientes das porções superiores, formando coluviões (Col) e depósitos de
tálus.
A obra em questão está localizada entre o Km 380,000 e 382,000, região
do município de Içara/SC, conforme mostra a Figura 32. Neste trecho a
formação geológica existente é a formação Rio Bonito, constituinte do segundo
ambiente geológico ao longo do Lote 27 da rodovia BR-101/SC.
89
Figura 32: Detalhe do mapa geológico da região de Içara (região do estudo).
Fonte: DNER – Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São Paulo
- Curitiba – Florianópolis – Osório – Volume 2.1(2002, p. 31).
90
4.2 Área de estudo
A obra selecionada para realizar o estudo situa-se no km 380,873 - Lote 27 da
obra de duplicação/restauração da Rodovia BR-101/SC, cruzamento da BR-101 com
a SC–444, no município de Içara/SC. A Figura 33 apresenta o trecho que
compreende o Lote 27.
Figura 33: Mapa localização Lote 27 (região do estudo).
Fonte: DNER – Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São Paulo
– Curitiba – Florianópolis – Osório – Volume 2.1(2002, p. 07).
Trata-se de uma alteração do projeto inicial previsto para o local, que sugere
uma escavação de grandes proporções. Será verificada a estabilidade dos taludes
de corte gerados, visando oferecer condições de segurança.
91
A Figura 34 ilustra melhor o local e a disposição da obra na Rodovia BR-101.
Figura 34: Localização da área objeto de estudo.
Fonte: Prefeitura Municipal de Içara/SC.
4.3 Projeto inicial Km 380,873
Com base no projeto do Programa de Ampliação da Capacidade
Rodoviária do Corredor São Paulo – Curitiba – Florianópolis – Osório, da
consultora consórcio Iguatemi – Dynatest, será apresentada a proposta inicialmente
realizada, referente ao Km 380,873.
O levantamento topográfico realizado em projeto, mostrou que a cota da pista
existente (terreno natural), era de 30,683m, e que foi construída sobre um aterro
com alturas chegando a 3,0m. Também é apresentada a cota em relação à pista da
rodovia SC-444, a qual cruzava sob a rodovia BR-101, estabelecida na cota
28,316m.
O projeto apresentado previa um novo viaduto para o local, no entanto, para
que a solução fosse adotada, as novas pistas de duplicação deveriam ser
estabelecidas na cota 34,806m, aumentando então, a altura do aterro.
92
Esta condição apresentaria aterros com alturas de até 6,5m, conforme pode
ser observado na Figura 35.
Figura 35: Km 380,873 - greide de pavimentação e terreno natural.
Fonte: DNER – Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São Paulo – Curitiba
– Florianópolis – Osório.
A obra viria a segregar a comunidade de Vila Nova que é atravessada pela
rodovia, dificultando os acessos.
Desta forma, o prefeito do município de Içara/SC, então em exercício,
encaminhou a supervisão do DNIT, um pedido para a alteração do projeto,
solicitando que a rodovia BR-101 cruzasse sob a rodovia SC-444, assim,
solucionando o problema que seria gerado pelo aterro.
93
4.3.1 Alteração de projeto Km 380,873
Após avaliação elaborada pela supervisão do DNIT sobre as condições
impostas pelo então prefeito municipal de Içara/SC, chegou-se a conclusão de que
um novo projeto deveria ser elaborado. Este projeto faria com que as novas pistas
de duplicação da rodovia BR-101, cruzassem sob a pista da rodovia SC-444.
Coube então, a empresa Construtora Queiroz Galvão, responsável pela
execução das obras do Lote 27, a elaboração de um novo projeto levando em
consideração as condições do local.
Conforme especificado acima, as informações referentes aos estudos
geológicos realizados, sondagens e ensaios de caracterização dos solos, geometria
de corte, entre outras apresentadas a seguir, estão baseadas no 2º Relatório de
Revisão de Projeto em Fase de Obra com Adequação de Quantitativos,
Inclusão de Preços e Acréscimo de Valor Contratual a preços Iniciais, da
Construtora Queiroz Galvão S/A, apresentado em setembro de 2006.
4.3.2 Projeto Km 380,873
Para que fosse possível fazer com que a rodovia SC-444 cruzasse sobre a
rodovia BR-101, uma escavação de grande porte precisaria ser executada.
A cota do terreno natural de 28,316 metros, e para a viabilização de um
viaduto na rodovia SC-444, seria preciso rebaixar o greide de pavimentação para a
cota 20,316, ou seja 8 metros abaixo da cota do terreno natural no ponto do viaduto.
A Figura 36 apresenta esta nova condição.
94
Figura 36: Km 380,873 – Novo greide de pavimentação, terreno natural.
Fonte: DNER – Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São Paulo – Curitiba
– Florianópolis – Osório.
Como se observa, a escavação deve rebaixar o Terreno Natural até a cota de
Novo Greide de pavimentação.
A seguir serão feitas análises de estabilidade para os taludes oriundos deste
corte.
4.4 Análise de estabilidade
Nesta fase do estudo almeja-se obter uma condição de segurança para o
maciço de solo, um coeficiente de segurança que atenda às condições de
estabilidade global, tendo um valor mínimo de 1,50, conforme Tabela 09 do item 2.5.
As informações analisadas para essa fase se referem a:
95
Definição da geometria do talude de corte;
Sobrecargas atuantes no talude;
Método abordado para a análise de estabilidade;
Geologia da região;
Topografia e Sondagem;
Determinação dos parâmetros de resistência dos solos através de ensaios
de cisalhamento triaxial (CU);
Determinação das seções a serem analisadas.
4.4.1 Definição da geometria do talude de corte
A geometria do talude de corte prevista em projeto apresenta uma inclinação
de 45º com a horizontal, ou seja, (1V:1H). Esta inclinação foi a máxima possível,
devido a área necessária para execução das vias laterais que margeiam todo o
corte, como pode ser observado na Figura 37.
Figura 37: Geometria de corte.
Fonte:O Autor, (2009).
4.4.2 Sobrecargas atuantes no talude
O corte executado no cruzamento da rodovia BR-101 com a rodovia SC-444 é
margeado por vias laterais em ambos os lados, onde serão distribuídas cargas
advindas do pavimento.
O viaduto previsto junto à obra possui estrutura de sustentação própria,
portanto, não descarrega as cargas sobre o maciço de solo.
96
A carga atuante no maciço é de 40KN/m², referentes à camada de pavimento
executado das Vias Laterais (20kN/m²) e cargas referentes às transmitidas pelo
tráfego de veículos (20kN/m²).
4.4.3 Método abordado para análise de estabilidade do talude
O método de análise de estabilidade aplicado à determinação da estabilidade
do talude foi selecionado com base na necessidade da obra e no grau de
confiabilidade dos resultados.
Assim sendo, optou-se por utilizar um método de análise baseado no princípio
de equilíbrio limite.
Método de Janbu Simplificado (1973), para as análises de Estabilidade
Global.
4.4.4 Perfis estratigráficos adotados
Com base nas informações obtidas através de sondagens, localizadas na
seção representada na Figura 38, foram elaborados os perfis estratigráficos do solo.
Os furos de sondagem foram distribuídos com base nos boletins de
sondagem a percussão: SP. 001, SP. 002, SP. 003 e SP. 004 (Anexo A), e nos
boletins de sondagem rotativa SR. 001 e SR. 002 (Anexo A).
97
Figura 38: Planta de localização furos de sondagem.
Fonte: 2º Relatório de Revisão de Projeto em Fase de Obra com Adequação de
Quantitativos, Inclusão de Preços e Acréscimo de Valor Contratual a preços Iniciais.
Foram adotados dois perfis estratigráficos, sendo um para as seções de 6,0 a
8,0 metros e o segundo foi adotado para as seções de 4,0 e 5,0 metros. Esse fato se
deve pela variação de altura entre as seções, pois nesta região é comum encontrar
a Formação Serra Geral, depositando-se sobre a Formação Rio Bonito.
Os perfis estão apresentados nas Figuras 39 e 40, respectivamente.
98
Figura 39: Perfil estratigráfico estimado das seções de 6 a 8 metros.
Fonte: O Autor, (2009).
Figura 40: Perfil estratigráfico estimado das seções de 4 e 5 metros.
Fonte: O Autor, (2009).
99
4.4.5 Determinação dos parâmetros geotécnicos
As definições dos parâmetros de resistência ao cisalhamento dos materiais
que constituem o talude são de fundamental importância, pois estão ligados
diretamente à análise de estabilidade do talude.
Todos os parâmetros das camadas, tais como y (peso específico), c (coesão)
e φ (ângulo de atrito), foram determinados por meio de ensaios triaxiais
consolidados não drenados (CU), e estão referenciados no 2º Relatório de Revisão
de Projeto em Fase de Obra, realizado pela Construtora Queiroz Galvão. Os ensaios
foram realizados no Laboratório de Mecânica dos Solos (LMS) da Universidade
Federal de Santa Catarina – UFSC.
Parâmetros geotécnicos das camadas de solo:
O talude objeto de estudo apresenta-se constituído por três tipos de solos
limitados pelo maciço rochoso, estes apresentam os parâmetros geotécnicos
segundo a Tabela 18:
Tabela 18: Parâmetros geotécnicos adotados;
AMOSTRA
y(kN/m³) c(Kpa)
φ (º)
Solo 1 (Argila siltosa, cor cinza avermelhada)
19,50
25,00
33,00
Solo 2 (Argila siltosa, cor cinza a rosa(roxa))
19,50
23,00
28,20
Solo 3 (Silte arenoso, cor cinza )
19,50
0,00
36,10
Rocha (Arenito escuro)
Infinit Strength
Fonte: O Autor, (2009).
4.4.6 Seções adotadas na análise de estabilidade
As seções adotadas têm suas alturas variando entre 4 e 8 metros de altura,
isso devido às condicionantes topográficas do local.
Todas as seções que serão analisadas, como visto acima, estão
apresentadas respectivamente, conforme Figuras 41,42,43,44 e 45.
100
Figura 41: Seção de análise 4,0 metros de altura.
Fonte: Programa SLIDE.
Figura 42: Seção de análise 5,0 metros de altura.
Fonte:Programa SLIDE.
As seções acima estão baseadas no perfil estratigráfico da Figura 40, as
seções a seguir baseiam-se no perfil estratigráfico da Figura 39.
101
Figura 43: Seção de análise 6,0 metros de altura.
Fonte: Programa SLIDE.
Figura 44: Seção de análise 7,0 metros de altura.
Fonte: Programa SLIDE.
Figura 45: Seção de análise 8,0 metros de altura.
Fonte: Programa SLIDE.
102
Dentre as seções apresentadas, a seção considerada crítica está situada
entre o Km 380,810 e Km 380,920. Esta seção está na área de influência do viaduto,
sendo o ponto de maior altura.
Outro fator importante desta seção, é que uma movimentação do solo poderia
gerar problemas aos elementos de fundação do viaduto, que estão diretamente em
contato com o talude. A Figura 46 apresenta a planta de situação destas seções.
Figura 46: Planta de situação da seção critica.
Fonte:O Autor, (2009).
As demais seções apresentadas estão devidamente localizadas, no projeto
executivo (Apêndice D).
4.4.6.1 Análise de estabilidade global das seções adotadas
Para determinação dos fatores de segurança das seções analisadas, utilizouse o programa computacional Slide, do grupo RocScience, cedido pela empresa GN
Consult.
Foram consideradas na análise de estabilidade à ruptura global, as seções
consideradas no item anterior.
A Tabela 19 apresenta os valores do fator de segurança, obtidos na análise
de estabilidade para as seções consideradas.
103
Tabela 19: Análise de estabilidade das seções adotadas;
adotadas
ALTURA
(NA) EM RELAÇÃO
FS MÍNIMO CALCULADO
SEÇÃO
AO PÉ DO TALUDE
(FSmin)
(m)
(m)
Janbu Simplificado
(FSadm)
4,00m
3,00m
,00m
1,279
1,5
5,00m
4,00m
,00m
1,043
1,5
6,00m
5,00m
,00m
0,937
1,5
7,00m
6,00m
,00m
0,853
1,5
8,00m
7,00m
,00m
0,743
1,5
FS ADMISSÍVEL
Fonte: O Autor, (2009).
A análise dos resultados da tabela acima, permite concluir que existe a
necessidade de se intervir, uma vez que, os coeficientes de segurança nas referidas
seções,
ões, foram inferiores ao FSadm ≥ 1,5 estabelecido para a obra. A execução de
uma escavação, sob estas condições, colocaria em risco iminente de ruptura o
talude analisado.
No entanto, percebe-se
percebe
a redução do FSmin em função da variação da altura
das seções (Gráfico 01),
01) isso ocorre devido a influência
ncia que a geometria exerce
sobre estes valores.
Como esperado, a pior condição encontra-se
encontra se no talude com maior altura,
denominado de seção crítica.
Gráfico 01: Relação entre FSmin e variação na altura das seções;
seções
1,400
1,279
1,200
1,043
0,937
FSmin
1,000
0,853
0,743
0,800
Fsmínimo Janbu
0,600
0,400
0,200
0,000
4m
5m
6m
7m
Altura das Seções
Fonte: O Autor, (2009).
8m
104
A título de demonstração das análises de estabilidade global realizadas, será
apresentada, a análise executada na seção crítica, a qual possui o menor fator de
segurança. A Figura 47 mostra a superfície de ruptura e o coeficiente de segurança
da mesma, determinado pelo Método de Janbu Simplificado (1973).
Figura 47: Superfície de ruptura para seção crítica.
Fonte: Programa SLIDE.
As demais seções analisadas encontram-se no Apêndice A, deste trabalho.
4.5 Alternativa de técnicas para a estabilização e/ou reforço do talude de corte
Algumas alternativas de contenção para o talude podem ser aplicadas neste
caso, ou mesmo a união de alguma destas alternativas pode ser a solução mais
viável para o problema de instabilização e/ou reforço deste talude.
Foram selecionadas as seguintes opções de técnicas para a obra:
Drenagem: aspecto muito importante em estruturas de contenção, um
sistema de drenagem adequado deve prevenir a geração de poropressões
no maciço de solo.
Solo Grampeado: introdução de elementos resistentes a flexão
composta, denominados grampos. As inclusões são passivas até que haja
uma deformação no maciço, causada por descompressão lateral ou outros
fatores.
105
Cortina Ancorada: protensão de tirantes ancorados no interior do
terrapleno e cortina devidamente dimensionada, devido ao punsionamento
causado pela aplicação de elevadas cargas nos tirantes.
4.6 Análise de estabilidade global das seções adotadas aplicando a técnica de
drenagem do solo
Para proteger a estrutura contra os efeitos nocivos da água, algumas medidas
preventivas devem ser tomadas. A prática usual recomenda a execução dos
convencionais serviços de drenagem profunda e de superfície.
Para a obra em questão, será realizada a análise de estabilidade da seção de
maior altura (crítica), seção esta onde se obteve o menor valor de FSmin, será
analisado a alteração no valor de FSmin em função da variação do NA.
A Tabela 20 demonstra os valores de FSmin obtidos nas análises de
estabilidade para diferentes níveis de lençol freático para a seção crítica.
Tabela 20: Análise de estabilidade da seção crítica – Fatores de segurança
obtidos com a variação do NA em relação ao pé do talude;
ALTURA
(NA) EM RELAÇÃO
FS MÍNIMO CALCULADO
SEÇÃO
AO PÉ DO TALUDE
(FSmin)
(m)
(m)
Janbu Simplificado
(FSadm)
8,00m
7,00m
0,743
1,5
8,00m
6,00m
0,819
1,5
8,00m
5,00m
0,911
1,5
8,00m
4,00m
1,020
1,5
8,00m
3,00m
1,110
1,5
8,00m
2,00m
1,192
1,5
8,00m
1,00m
1,258
1,5
8,00m
0,00m
1,316
1,5
FS ADMISSÍVEL
Fonte: O Autor, (2009).
Conforme as análises apresentadas na tabela, os valores demonstram, a pior
condição onde o FSmin = 0,743 quando considerado o NA, como obtido durante a
etapa de investigação do solo. Quando rebaixamos esse NA, e consideramos o
talude completamente drenado o valor de FSmin
=
1,316. A diferença dos valores
106
obtidos, demonstra a redução causada quando considerado o efeito exercido da
água sobre o solo.
Para esta condição,
condição optou-se
se por introduzir elementos de drenagem profunda
(DHP’s),, no ponto onde o FSmin = 1,258, e onde o nível do lençol freático admitido
fica a 1,0 metro do pé do talude.
O Gráfico 02,, representa o aumento do FSmin em função da variação do nível
do lençol freático.
Gráfico 02: Valores dos diferentes FSmin em função do nível do lençol freático
em relação ao pé do talude;
talude
1,316
1,400
1,258
1,192
1,110
1,200
1,020
1,000
0,911
FSmin
0,819
0,800
0,743
Fsmínimo Janbu
0,600
0,400
0,200
0,000
7,00m
6,00m
5,00m
4,00m
3,00m
2,00m
1,00m
0,00m
Nível do Lençol Freático
Fonte: O Autor, (2009).
Admitindo para esta situação que,
que tanto acima de onde os elementos estão
sendo introduzidos quanto abaixo,
abaixo tem-se a condição de drenagem total, devido à
execução de drenagem junto ao pé do talude,
talude a qual tem a função de captar a água
que tende a ascender no maciço de solo.
solo
Para
ara que se chegasse ao comprimento ideal dos drenos,
drenos diversas análises
foram feitas variando-se
se a posição do lençol freático em relação
relação à crista e ao pé do
talude. Porém, somente a análise que atende as condições vistas na Tabela 20 é
representada na Figura 48.
4
107
Figura 48: Superfície de ruptura para seção crítica considerando drenagem.
Fonte: Programa SLIDE.
Seguem na Tabela 21, as análises referentes a todas as seções em estudo,
considerando os níveis de lençol freático, após a introdução dos drenos subhorizontais profundos e drenagem de pé do talude.
Tabela 21: Análise de estabilidade das seções adotadas considerando o talude
drenado.
ALTURA SEÇÃO
FS MÌNIMO CALCULADO
(FSmin)
FS ADMISSÍVEL
(m)
Janbu Simplificado
(FSadm)
4,00m
1,888
1,5
5,00m
1,741
1,5
6,00m
1,488
1,5
7,00m
1,382
1,5
8,00m
1,316
1,5
Fonte: O Autor, (2009).
Conforme apresentado na tabela acima, fica evidente a influência da
drenagem na análise de estabilidade dos taludes, para as seções de 4,0 e 5,0m de
altura, o coeficiente de segurança FSmin foi atendido, ficando acima do esperado
após a condição de drenagem estabelecida.
Para a seção de 6,0m o FSmin ficou muito próximo ao FSadm ≥ 1,5, portanto,
para esta condição serão considerados apenas elementos de drenagem.
Para as demais seções de 7,0m e 8,0m, ainda com a introdução dos
elementos de drenagem, os valores de FSmin não atendem ao valor mínimo de 1,5
108
para o FSadm. Nestes casos, os valores mostram que apesar de o talude estar
estável com FSmín≥1,0, as condições de segurança ainda não foram atendidas,
necessitando desta forma reforçar as seções.
Para esse reforço, a opção será a associação da drenagem com uma técnica
de contenção, que corresponda com as condicionantes locais.
As demais seções analisadas encontram-se no Apêndice B, deste trabalho.
4.7 Escolha da estrutura de reforço de talude
Os parâmetros levados em consideração para a estrutura de reforço são:
viabilidade econômica; velocidade de execução; acessibilidade para equipamentos e
segurança.
Como especifica no item 4.4.1, a inclinação do talude de projeto é de 45°, não
justificando a utilização de cortinas ancoradas, estas são geralmente utilizadas para
paramentos verticais, onde as deformações na crista do talude são elevadas. Outro
fator importante para esta técnica, é a necessidade de cortina de concreto,
devidamente dimensionada, devido às cargas de trabalho aplicadas nos tirantes que
estão fixados na cortina.
A Técnica de Solo Grampeado tem seu desempenho melhorado quando
aplicada em taludes inclinados, e leva vantagem quanto a velocidade de execução e
viabilidade econômica, não havendo necessidade de dimensionamento da cortina,
que serve apenas como proteção da face contra agentes degradantes. Os materiais
utilizados são similares com os aplicados para cortinas ancoradas.
Os equipamentos utilizados para a execução da Técnica de Solo Grampeado
são de pequeno porte, o que facilita o acesso. Os materiais para a execução dos
grampos podem ser os mesmos utilizados para a construção civil. Os avanços dos
serviços de contenção ocorrem de forma contínua e rápida, e a execução do
concreto projetado para o paramento também confere velocidade à obra.
As características desta técnica estão descritas a seguir:
Sistema construtivo: ascendente ou descendente;
Aplicação: taludes naturais ou taludes de corte;
109
Reforço: introdução de barras de aço com injeção de calda de cimento por
fases;
Paramento vertical: concreto projetado com tela metálica ou fibras;
Drenagem: drenos horizontais profundos, canaletas e drenos de superfície
para proteção da face;
Altura máxima do talude: 8,0m (seção crítica).
4.7.1 Características dos grampos
Considerou-se para o dimensionamento, a utilização para os grampos de
barras de aço CA-50, nervuradas de 25,0 mm de diâmetro.
As características deste material encontram-se resumidas na Tabela 22.
Tabela 22: Propriedades das barras de aço utilizadas como grampos;
Diâmetro
Massa
Nominal
Nominal
(mm)
(kg/m)
25,0
3,853
Resistência
Característica de
Escoamento – fy
(MPa)
500
Limite de
Alongamento
Módulo de
Resistência
Mínimo em
Elasticidade
(MPa)
10Ø(%)
(kN/m²)
1,10xfy
8
2,1x108
Fonte: Catálogo Gerdau, (2009).
Foi considerado, para carga de trabalho, um fator de minoração de 1,75, e
limitando as cargas à condição de 90% da carga de escoamento, o limite máximo
admissível para a relação Fmáx./Fescoamento é de 51,42%, ou seja, Fmáx
(admissível) = 126,22 kN, conforme Tabela 23.
Tabela 23: Carga de trabalho para barra de aço CA-50 25mm;
Área da Seção
Escoamento
Limite de Ensaio
Carga de Trabalho
Transversal (As)
Fe = σe . As
Flim = 0,9 . σe
Ft = Flim /1,75
(cm²)
(kN)
(kN)
(kN)
4,91
245,43
220,89
126,22
Fonte: O Autor, (2009).
110
4.7.2 Análise de estabilidade global das seções reforçadas
Após a definição da estrutura de reforço a ser utilizada nas seções com
h>6,0m, serão executadas análises sobre a seção crítica, com a finalidade de
determinar a inclinação de introdução dos grampos.
As características dos grampos de Aço CA 50 estão relatadas no item
anterior.
Na Tabela 24 encontra-se o valor de FSmin em função da variação de
inclinação para os grampos.
Tabela 24: Análise de estabilidade Solo Grampeado – Fatores de segurança
variando inclinação dos grampos;
GRAMPO
(m)
6,50m
ÂNGULO DE
FS MÍNIMO CALCULADO
INCLINAÇÃO
(FSmin)
(º)
Jambu Simplificado
15°
1,349
20°
1,396
25°
1,450
30°
1,480
35°
1,539
40°
1,439
45°
1,436
50°
1,385
55°
1,350
FS ADMISSÍVEL
(FSadm)
1,5
Fonte: O Autor, (2009).
Observa-se que os valores de FSmin variam conforme a inclinação dos
grampos, sendo crescente até a inclinação de 35°, e após esta inclinação, os valores
decrescem, como mostrado no Gráfico 03 abaixo.
111
Gráfico 03: Valores dos diferentes FSmin em função da inclinação dos grampos;
1,550
1,539
1,500
1,480
FSmin
1,450
1,450
1,439
1,436
Fsmínimo Janbu
1,400
1,396
1,385
1,350
1,350
1,349
1,300
1,250
15°
20°
25°
30°
35°
40°
45°
50°
55°
Ângulo de Inclinação
Fonte: O Autor, (2009).
Quando a inclinação é de 35º, o método de Janbu Simplificado apresenta o
maior FSmin, a superfície de ruptura para esta condição, pode ser observada na
Figura 49.
Sendo assim, para todas as seções ainda instáveis após a introdução dos
elementos de drenagem, os grampos introduzidos no maciço terão a inclinação de
35°, atendendo as condições apresentadas para a seç ão crítica.
Figura 49: Superfície de ruptura para seção crítica considerando drenagem e Solo Grampeado.
Fonte: Programa SLIDE.
112
Foi analisa também a seção com h=7,0m de altura, do mesmo modo teve os
grampos introduzidos com a inclinação de 35°, satis fazendo o maior valor de FSmin .
Nas análises foram encontrados valores apresentados na Tabela 25.
Tabela 25: Análise de estabilidade Solo Grampeado – Fatores de segurança
considerando elementos de reforço e drenagem;
FS MÍNIMO CALCULADO
ALTURA SEÇÃO
FS ADMISSÍVEL
(FSmin)
(m)
Janbu Simplificado
(FSadm)
7,00m
1,525
1,5
8,00m
1,539
1,5
Fonte: O Autor, (2009).
As demais seções analisadas encontram-se no Apêndice C, deste trabalho.
4.8 Configuração dos drenos e grampos utilizados para estabilização dos
taludes
Os elementos de drenagem profunda foram introduzidos em todas as seções
analisadas e estão relacionados na Tabela 26.
Tabela 26: Elementos de drenagem profunda (DHP) – Arranjo dos drenos por
seção;
SEÇÕES
DRENOS (DHP)
Linhas
(m)
de
Altura da 1ª
Comprimento
Dreno.
(nº)
do Dreno. (L)
(m)
Inclinação
(°)
Diâmetro
Drenos
(mm)
Eh
Ev
(m)
(m)
Linha em
Relação ao
Pé do
Talude
4,00m
1
9,00m
5°
50mm
3,20m
-
1,0m
5,00m
2
9,00m
5°
50mm
3,20m
3,20m
1,0m
6,00m
2
9,00m
5°
50mm
3,20m
4,80m
1,0m
7,00m
2
9,00m
5°
50mm
3,20m
6,40m
1,0m
8,00m
2
10,00m
5°
50mm
3,20m
6,40m
1,0m
Fonte: O Autor, (2009).
113
O primeiro dreno de cada seção deverá ser introduzido a uma distância de 1,0
metros do pé do talude, conforme projeto apresentado no Apêndice D, deste
trabalho.
Para a técnica de Solo Grampeado, dados como a altura das seções,
quantidade de grampos por seção, comprimentos de grampos(L), inclinação,
espaçamentos horizontais (Sh) e verticais (Sv), estão relacionados na Tabela 27.
Tabela 27: Análise de estabilidade Solo Grampeado – Arranjo dos grampos por
seção;
SEÇÕES
GRAMPOS
Linhas de
Comprimento
grampo.
do Grampo.(L)
(nº)
(m)
1
5,50m
35°
2
5,50m
3
(m)
7,00m
8,00m
Inclinação
Diâmetro
Eh
Ev
(m)
(m)
25mm
1,60m
1,60m
35°
25mm
1,60m
1,60m
5,50m
35°
25mm
1,60m
1,60m
4
5,50m
35°
25mm
1,60m
1,60m
5
5,50m
35°
25mm
1,60m
1,60m
6
5,50m
35°
25mm
1,60m
1,60m
1
6,50m
35°
25mm
1,60m
1,60m
2
6,50m
35°
25mm
1,60m
1,60m
3
6,50m
35°
25mm
1,60m
1,60m
4
6,50m
35°
1,60m
5
6,50m
35°
25mm
25mm
1,60m
1,60m
1,60m
6
6,50m
35°
25mm
1,60m
1,60m
7
6,50m
35°
25mm
1,60m
1,60m
(°)
Barra de Aço
(mm)
Fonte: O Autor, (2009).
O primeiro grampo de cada seção deverá ser introduzido a uma distância de
50,0 cm em relação ao pé do talude, conforme projeto apresentado no Apêndice D,
deste trabalho.
As seções onde serão introduzidos os elementos de drenagem profunda e a
técnica de Solo Grampeado estão representadas na Tabela 28.
114
Tabela 28: Análise de estabilidade Solo Grampeado – Seções para introdução
dos elementos de estabilização;
Localização
(Km)
380+625 ao
380+670
Lado
90,00m
D/E
70,00m
D/E
90,00m
D/E
120,00m
D/E
220,00m
D/E
100,00m
D/E
30,00m
D/E
30,00m
D/E
40,00m
380+705 ao
380+750
380+750 ao
380+810
380+810 ao
380+920
380+920 ao
380+970
381+970 ao
381+985
380+985 ao
381+000
381+000 ao
381+020
(m)
D/E
380+670 ao
380+705
Extensão
Altura
Seção
(m)
3,00 a
4,00m
4,00 a
5,00m
5,00 a
6,00m
Comprimento
Comprimento de
de Drenos
Grampos
(PVC 50mm)
(Aço CA-50 25mm)
Drenagem
253,13m
-
Drenagem
393,75m
-
Drenagem
506,25m
-
675,00m
2.475,00m
1.375,00m
6.256,25m
562,50m
2.062,50m
Drenagem
168,75m
-
Drenagem
168,75m
-
Drenagem
112,50m
-
4.215,63m
10.793,75m
Tipo de
Intervenção
6,00 a
Drenagem e
7,00m
Grampos
7,00 a
Drenagem e
8,00m
Grampos
6,00 a
Drenagem e
7,00m
Grampos
5,00 a
6,00m
4,00 a
5,00m
3,00 a
4,00m
TOTAL
Fonte: O Autor, (2009).
115
5 ANÁLISE DOS RESULTADOS
A Tabela 29 abaixo apresenta os resultados obtidos nas análises de
estabilidade das seções adotadas, e são consideradas todas as situações impostas
em análise.
Tabela 29: Análise de estabilidade das seções adotadas, considerando todas
as situações impostas;
FSmin p/
ALTURA
Condição
SEÇÃO
Após
Escavação.
(FSmin),
(FSmin), Considerando
Considerando
Elementos de Drenagem
FS Admissível para a
Elementos de
Profunda e Aplicação da
Obra.
Drenagem
Técnica de Solo
(FSadm)
Profunda.
Grampeado.
Janbu
Janbu
Simplificado
Simplificado
4,00m
1,279
1,888
-
5,00m
1,043
1,741
6,00m
0,937
1,488
-
7,00m
0,853
1,382
1,525
8,00m
0,743
1,316
1,539
(m)
Janbu Simplificado
(FSadm)
1,5
Fonte: O Autor, (2009).
Analisando-se os dados apresentados nesta tabela, constata-se que os
resultados obtidos demonstram a influência provocada pela alteração da geometria
de uma camada de solo, todavia para que estas alterações sejam realizadas de
forma consciente e segura é preciso uma criteriosa avaliação das condicionantes
locais. Após esta criteriosa avaliação montam-se os modelos de análise e então são
calculados os fatores de segurança quanto às condições de estabilidade desejáveis.
Na obra em estudo, fica evidente o risco de não serem levados em
consideração, as condicionantes locais, estas que podem viabilizar com restrições
uma obra ou até mesmo inviabilizá-la. Para o caso de estudo, após as análises das
seções adotadas, foi verificado que após a execução de uma escavação, o talude de
corte estaria sob a condição de instabilidade, necessitando de cuidados especiais.
Pode-se perceber claramente em outra etapa, a influência da água nas
estruturas de contenção, como identificado no item 2.5.3 deste trabalho. Esta água
que fica retida no interior dos solos gera tensões neutras indesejáveis para a
estabilidade de um talude. Diante disso, é importante criar caminhos para que esta
116
água não venha a instabilizar o solo. Neste trabalho,
trabalho estes “caminhos” para a
drenagem da água foram criados através da introdução de drenagem profunda
profu
(Tabela 21). Os drenos têm a função de expulsar a água do interior do solo,
trazendo novamente
ente a condição de estabilidade,
estabilidade, já que se pode trabalhar em termos
de tensões efetivas.
Na terceira etapa, após as verificações quanto à estabilidade do talude em
suas condições naturais,, e a verificação feita após a introdução da drenagem coube
aplicar a Técnica do Solo Grampeado.
Para atingir o FSadm para a obra, os grampos foram introduzidos juntamente
com os elementos
ementos de drenagem,
drenagem com esta associação de elementos pode-se
pode
atingir
fatores de segurança superiores aos previstos.
previstos
A Tabela 25 mostra todos os detalhes referentes aos resultados obtidos nesta
análise, e percebe-se
se no caso grampos com comprimentos que chegam
che
ao máximo
a 6,5 metros na seção considerada crítica, com espaçamentos verticais e horizontais
de 1,6 metros.
O Gráfico 04 apresenta um resumo
resumo de tudo o que foi mostrado acima.
Gráfico 04: Valores dos diferentes FSmin para o método de Janbu
Jan Simplificado;
0,743
1,316
1,539
8,00m
FSmin p/ Condição Após
Escavação.
Altura das Seções
0,853
1,382
1,525
7,00m
0,937
6,00m
(FSmin), Considerando
Elementos de Drenagem
Profunda.
1,488
0
1,043
5,00m
1,741
0
1,279
4,00m
1,888
0
0,00
Fonte: O Autor, (2009).
0,50
1,00
FSmin Obtido
1,50
2,00
(FSmin), Considerando
Elementos de Drenagem
Profunda e Aplicação da
Técnica de Solo Grampeado.
117
5.1 Análise de Custos
Conforme a Tabela 30, foram analisadas as áreas onde será utilizada
somente a drenagem, e as áreas onde será aplicada a associação de drenagem
com a técnica de solo grampeado.
Para o projeto apresentado no Apêndice D, deste trabalho, realizou-se o
orçamento do projeto com base nos elementos utilizados para garantir a as
condições de estabilização e/ou reforço para o talude após a escavação.
A Tabela 30 descreve os itens necessários e seus respectivos valores.
Tabela 30: Preços de serviços para a estabilização de taludes;
Custo
Item
Descrição do Serviço
1.
Solo Grampeado
1.1
Perfuração mecanizada Ø 10 cm até 12m
em solo.
Fornecimento, corte e instalação de barras
de CA-50 A, pintura anticorrosiva e
montagem com espaçadores a cada 1,5
m, diâmetro de 25 mm.
Injeção de bainha e uma reinjeção
(2tubos) de calda de cimento, através de
válvulas manchete a cada 0,5 m.
1.2
1.3
Unid.
Quant.
Base: 2009
Preço
TOTAL
Unit.
(R$)
m
10.793,75
75,79
818.058,31
m
10.793,75
35,30
381.019,38
m
4.189,00
23,00
96.347,00
SubTotal R$
2.
Drenagem
2.1
Execução de Dreno sub-horizontal
diâmetro 50 mm em solo (perfuração,
montagem e fornecimento).
m
4.215,63
1.295.424,69
110,45
SubTotal R$
3.
Concreto Projetado
3.1
Concreto projetado, via seca, com adição
de fibras poliméricas, resistência de 4 MPa
c/ 10 horas,e fck = 20 MPa, espessura
8cm.
m³
525,00
465.616,33
465.616,33
787,00
SubTotal R$
TOTAL R$
413.175,00
413.175,00
2.174.216,02
Fonte: O Autor, (2009).
No Gráfico 05, é possível observar a diferença de valores entre os serviços
utilizados para a contenção dos taludes.
118
Em primeiro lugar tem-se
tem
a Técnica de Solo Grampeado que foi aplicada em
uma área de 4.353,80 m², seguida pela drenagem
renagem adotada em todo o perímetro da
obra, totalizando uma área de 6.565,70 m², juntamente com o faceamento de
concreto projetado.
reços dos serviços utilizados para contenção dos taludes;
taludes
Gráfico 05: Preços
Concreto
Projetado
413.175,00
19%
Drenagem (DHP)
465.616,33
21%
Fonte: O Autor, (2009).
Solo Grampeado
Solo Grampeado
1.295.424,69
60%
Drenagem (DHP)
Concreto Projetado
119
6 CONCLUSÕES
Observou-se após a determinação do fator de segurança do talude, obtido
através de análises de estabilidade das seções de projeto, a inviabilidade da
execução da obra, sem a adoção de elementos para a estabilização, e/ou reforço do
talude.
As seções apresentaram um fator de segurança abaixo do fator admissível
(FSadm≥ 1,5). Algumas seções estariam em condição de instabilidade após a análise,
que considera o talude de projeto. Outras mesmo não atendendo o FSadm estariam
estáveis, porém necessitando de reforço. Para estas seções, foram adotadas
medidas corretivas, com o intuito de viabilizar a obra objeto de estudo.
Após a verificação, da efetiva necessidade de estabilização, e/ou reforço das
seções foram adotadas técnicas de reforço para a obra. Dentre as técnicas
apresentadas, foi escolhida a drenagem do talude, executada através de drenagem
profunda (drenos sub-horizontais), tendo em vista a influência do NA, na estabilidade
do talude.
Estes drenos foram responsáveis pelo rebaixamento do lençol freático
apresentado para as seções, podendo-se considerar o talude totalmente drenado.
Após esta consideração os resultados das análises demonstraram, para as seções
com h≤6,0m que o FSadm foi alcançado. Para as seções com h>6,0m as análises
apresentaram valores ainda inferiores ao fator de segurança adotado para a obra.
Para que, o FSadm estabelecido fosse alcançado, nas seções com h>6,0m,
além da drenagem, foi utilizada, a técnica de Solo Grampeado. Por meio de
inclusões passivas, esta técnica é responsável pela introdução de grampos injetados
com nata de cimento, estes grampos, têm a função de aumentar a resistência do
solo componente do talude.
A análise realizada após a associação de elementos de drenagem e da
técnica de Solo Grampeado, mostrou que se atingiram os valores de FSadm
esperados.
Quando elaborada a análise dos custos referentes aos elementos utilizados
na obra, percebeu-se a influência nestes valores da utilização da Técnica de Solo
Grampeado, que corresponde a 60% do valor total da obra, a utilização dos drenos,
120
corresponde a uma porcentagem de 21% do valor da obra e, ficando com 19% deste
valor, o concreto projetado utilizado para a proteção da parede.
Essa avaliação justifica a utilização dos elementos de drenagem, mostrando
que sem a utilização destes, certamente o custo total da obra seria mais elevado,
devido à necessidade de utilização da Técnica de Solo Grampeado em uma área
maior do que a adotada neste caso.
Este valor não previsto no projeto inicial elaborado para a obra de duplicação
da BR-101, gera um impacto financeiro bastante significativo, correspondendo a
uma porcentagem de aproximadamente 2% do valor total disponível em contrato
para o Lote 27.
Por estas obras de contenção e reforço serem obras de elevado custo, é de
fundamental importância, que todas as áreas sejam estudadas, para que não
existam surpresas no decorrer dos serviços.
121
7 RECOMENDAÇÕES
Verificação da efetividade dos elementos de drenagem profunda (DHP),
através de ensaios de capacidade de vazão, e sua área de influência;
Execução de monitoramento de talude, proveniente de corte, aplicando-se a
Técnica de Solo Grampeado;
Realização de ensaios de arrancamento em grampos injetados;
Elaboração de itens fundamentais para a execução de uma norma técnica
sobre a Técnica de Solo grampeado.
122
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Sondagens de simples reconhecimento com SPT; método de ensaio, 2001.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - NBR 8036: Programação
de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios,
1983.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - NBR 11682: Estabilidade
de encostas, 1991.
BASTOS, Cezar. Prospecção geotécnica do subsolo, Universidade Federal do
Rio Grande – Escola de Engenharia. Rio Grande 2005.
BASTOS, Cezar. Resistência ao cisalhamento dos solos, Universidade Federal
do Rio Grande – Escola de Engenharia. Rio Grande 2005.
BRASIL. Ministério dos Transportes. Departamento Nacional de Estradas de
Rodagem. Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São
Paulo, Curitiba, Florianópolis, Osório: Projeto Executivo de Engenharia. Rio de
Janeiro, 2002. 401 p.
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BRUCE, D. A.; JEWELL, R. A. Soil nailing: application and practice – part II,
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6.ed. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos. Editora S.A., 1988. 234p.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações: Mecânica das
Rochas – Fundações – Obras de Terra. 6 ed. Rio de Janeiro: LCT – Livros Técnicos
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CLOUTERRE. Recomendations Clouterre 1991 – Soil nailing recommendations
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using soil nailing , French National Project Clouterre, English Language
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ANEXOS
127
ANEXO A – Boletins de Sondagem
128
129
130
131
132
133
134
APÊNDICES
135
APÊNDICE A – Análises de Estabilidade das Seções
136
Figura: Curva de ruptura para seção de 4m.
Figura: Curva de ruptura para seção de 5m.
137
Figura: Curva de ruptura para seção de 6m.
Figura: Curva de ruptura para seção de 7m.
138
Figura: Curva de ruptura para seção de 8m.
139
APÊNDICE B – Análises de Estabilidade das Seções Considerando elementos
de Drenagem
140
Figura: Curva de ruptura para seção de 4m com drenagem.
Figura: Curva de ruptura para seção de 5m com drenagem.
141
Figura: Curva de ruptura para seção de 6m com drenagem.
Figura: Curva de ruptura para seção de 7m com drenagem.
142
Figura: Curva de ruptura para seção de 8m com drenagem.
143
APÊNDICE C – Análises de Estabilidade das Seções Considerando elementos
de Drenagem e técnica de Solo Grampeado
144
Figura: Curva de ruptura para seção de 7m com drenagem e técnica de Solo Grampeado.
Figura: Curva de ruptura para seção de 8m com drenagem e técnica de Solo Grampeado.
145
APÊNDICE D – Projeto Executivo de Estabilização de Talude