PAULO CÉSAR DE FREITAS

ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO EM SOLO GRAMPEADO

Monografia apresentada junto à Universidade São

Francisco – USF como parte dos requisitos para a

aprovação na disciplina Trabalho de Conclusão de

Curso.

Área de concentração: Geotecnia

Orientador: Prof. Ribamar de Jesus Gomes

Itatiba SP, Brasil

Dezembro de 2004

“Comece fazendo o que é necessário,

depois o que é possível, e de repente

você estará fazendo o impossível”.

(São Francisco de Assis)

ii

Este trabalho é dedicado às pessoas que

contribuíram e que fizeram deste momento

ser possível e muito especial em minha vida,

estas que nos momentos mais difíceis foram

meu apoio e a inspiração para superá-los e

que nas dificuldades não mensuraram

esforços para eu vencê-los.

Estas pessoas que moram eternamente em

meu coração se resumem em meus pais,

que sem eles eu nada seria, Vicente e Nadir,

e a minha namorada Pricila, que divide

comigo os melhores momentos de minha

vida, sempre sendo minha companheira e o

amor da minha vida.

iii

Agradecimentos

Agradeço primeiramente a Deus, por me proporcionar o dom da vida e tudo o

que conquistei, a todos que de alguma forma ajudaram em minha formação tanto

pessoal, quanto profissional.

Aos amigos da Engenharia Civil 2000, em especial ao Victor, Rafael Marson,

Rafael Augusti, Ângelo, Rômulo, Felipe, Jackson e a Thaís, que além de amigos

nesses 5 anos, nos tornamos uma família e em meu coração cada um deles ficarão

guardados, cada um com seu jeito, mas que me orgulho de tê-los como irmãos.

Agradeço também, aos amigos da Pastoral da Juventude, em especial ao

Luciano, Fábio, Mateus e João Paulo, que desde o início desta batalha estiveram

comigo e sempre me incentivaram.

Ao engenheiro Otair Rosa, que me mostrou a ética de um profissional e por

ter me dado a primeira oportunidade para desempenhar meu trabalho.

Aos professores que passaram em minha vida, e especialmente meu

orientador Ribamar de Jesus Gomes, que tive o orgulho, não apenas de ser seu

orientando, como também ser o aluno da sua primeira turma de aula na USF.

Ao meu tio Antonio de Moraes, por tudo que deixou, e representa em minha

vida (em memória).

Aos meus familiares, em especial aos meus pais, que sempre se

preocuparam em me dar o melhor e ser testemunho de uma pessoa digna,

responsável e capaz de enfrentar os maiores obstáculos.

E, finalmente, a minha namorada, por tudo que representa em minha vida, por

sua dedicação e apoio durante a conclusão deste trabalho.

iv

Sumário

Lista de Figuras..........................................................................................................vi

Lista de Tabelas.........................................................................................................vii

Resumo......................................................................................................................viii

1. Introdução...............................................................................................................01

2. Definição.................................................................................................................02

3. Histórico..................................................................................................................03

4. Campos de Aplicação.............................................................................................04

5. Funcionamento.......................................................................................................05

6. Método Construtivo................................................................................................08

6.1 - Chumbador........................................................................................................09

6.2 - Concreto Projetado............................................................................................11

6.3 - Armação do Concreto........................................................................................13

6.4 - Drenagem..........................................................................................................14

7. Critérios de Dimensionamento...............................................................................15

7.1 - Método apresentado por Falconi & Alonso........................................................16

7.2 - Comparação de Processos de Dimensionamento.............................................18

7.2.1 - Comparação das Trações...............................................................................19

7.2.2 - Comparação dos Comprimentos dos Grampos..............................................21

8. Projeto e Especificações........................................................................................22

Conclusão...................................................................................................................27

Referências Bibliográficas..........................................................................................28

v

Lista de Figuras

5.1 - Influência da rigidez do grampo nas tensões e deformações mobilizadas........07

5.2 - Contenção de talude em filito sob a fundação de viaduto ferroviário.................08

6.1 - Fases construtivas.............................................................................................08

6.2 - Detalhe dos grampos.........................................................................................10

6.3 - Barra de aço com diâmetro igual ou maior que 20 mm; (B) barra de aço com

diâmetro inferior a 20 mm...........................................................................................11

6.4 - Execução do concreto projetado........................................................................13

6.5 - Detalhe do dreno profundo.................................................................................14

6.6 - Detalhe do barbacã. ..........................................................................................15

7.1 - Perfil geotécnico perpendicular ao talude logo após a ruptura de 1995............16

7.2 - Método de cálculo..............................................................................................18

7.3 - Exemplo hipotético - Trações resultantes segundo os diferentes processos de

cálculo........................................................................................................................20

7.4 - Exemplo hipotético - Superfícies críticas de cada processo e superfície

crítica..........................................................................................................................21

7.5 - Exemplo hipotético - Comprimentos totais de grampos por metro longitudinal de

obra............................................................................................................................22

8.1 - Vista frontal típica...............................................................................................23

8.2 - Seção típica........................................................................................................24

8.3 - Detalhe da barra.................................................................................................25

8.4 - Vista frontal típica...............................................................................................25

8.5 - Vista frontal - junta de dilatação.........................................................................26

vi

Lista de Tabelas

7.1 - Trações resultantes segundo cada processo.....................................................19

vii

Resumo

Este trabalho traz um apanhado de informações sobre uma técnica de contenção denominada

“Solo Grampeado”, abordando a teoria desta técnica, seus métodos de dimensionamento,

detalhes construtivos e materiais empregados na execução de uma obra.E tem como objetivo

apresentar a técnica de contenção em solo grampeado.Como averiguado que há pouco

material sobre o assunto, vem neste enfocar as informações mais consolidadas sobre esta

técnica, visando acrescentar dados técnicos dispersos em um único material contribuindo com

a divulgação de uma técnica que traz ótimos resultados para contenções de encostas.

1

1 Introdução

Através deste trabalho pretende-se apresentar uma das técnicas de reforço de solos

semi-rígidas denominadas grampos, daí então a expressão “Solo Grampeado”. A

técnica consiste na inclusão de elementos resistentes à flexão composta, instalados

sub-horizontalmente no solo.

Esta técnica apesar de ser considerada nova vem sendo muito utilizada no Brasil

desde 1970, onde me atentou a execução desta técnica em grandes contenções,

principalmente nos taludes de grandes estradas rodoviárias, apreciando sua eficácia

e grande agilidade de execução, que foram fatos marcantes para que despertasse

meu interesse em desenvolver um trabalho enfatizando esta técnica de contenção.

O solo grampeado é uma técnica bastante prática e comprovadamente

eficiente para a estabilização de taludes de escavações através de reforço do solo

“in situ”.

2

2 - Definição

Solo grampeado é um sistema de contenção aplicado a cortes, que emprega

chumbadores, concreto projetado e drenagem seja ela, superficial ou profunda. Para

sua devida aplicação é importante que o solo a ser contido apresente coesão

permanente não desprezível.

Como a técnica consiste na inclusão de elementos resistentes à flexão

composta, instalados sub-horizontalmente no solo, talvez a terminologia mais bem

empregada fosse o termo agulhamento. Pois, pode-se associar os elementos

aplicados ao solo a agulhas, o que leva a pensar que são elementos enfiados no

solo e não cravados dinamicamente como se pode pensar, no caso, da terminologia

solo pregado. Desta forma, alguns autores preferem a utilização do termo

agulhamento. No entanto, neste trabalho refere-se a técnica como solo grampeado,

nome encontrado na literatura mais freqüentemente.

Na literatura internacional pode-se encontrar ainda a utilização da tradução

em inglês, soil nailing.

A utilização da terminologia “sol cloué”, que significa solo pregado, foi

empregada pela sua primeira vez na França. Este nome talvez tenha sido adotado

para associar a marca comercial “Terre Armée” (terra armada).1

A técnica terra armada foi desenvolvida pelos franceses. Ela consiste na

utilização de tiras metálicas e paramento de placas de concreto pré-moldado, para a

execução de muros reforçados em aterros.2

A discussão sobre a terminologia da técnica de solo grampeado é extensa.

Após a denominação pioneira de solo enraizado (Utilizada na construção de túnel,

em São Paulo, em 1970), já foi chamada de agulhamento, solo pregado e solo

grampeado.

1 Toudic, apud Maurício Abramento, Akira Koshima e Alberto Casati Zirlis, Fundações: Teoria e Prática, 2ª edição, São Paulo, Pini, 1998. 2 Clouterre, apud Maurício Abramento, et al, idem, ibidem.

3

3 - Histórico

A necessidade de estabilização rápida de 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 utilização de emboques de túneis, na França, Alemanha e Itália.

O professor Landislau Von Rabcewicz,3 desenvolveu a partir de 1945, 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 zona plástica, com tensões radiais

decrescentes. Obtém-se a estabilização dos mesmos a aplicação logo após da

escavação, de um revestimento flexível de concreto projetado metálica e

chumbadores curtos radiais na zona plástica, com controle de deformações da

cavidade. Este revestimento estará, portanto sujeito a uma carga reduzida, face às

deformações já havidas. O método evoluiu, para a aplicação num túnel em xisto

grafítico argiloso, o Túnel Massemberg em 1964. Seguiu-se com aplicações em

solos pouco competentes, como aqueles encontrados nas minas austríacas,

substituindo pesados escoramentos de madeira por finas camadas de concreto

projetado.

A técnica de reforço de taludes em cortes utilizando-se de inclusões

horizontais vem sendo utilizada no mundo deste 1970. A primeira obra no Brasil a

utilizar-se desta técnica, que se tem notícia, é a obra do túnel de adução do Sistema

Cantareira, em São Paulo em 1970.4

Nesta época, a solução de reforçar taludes empregando-se inclusões semi-

rígidas denominadas grampos, era realizada de forma intuitiva. Atualmente a

simulação do efeito de reforço através de análises de estabilidade, tem levado a

soluções mais realistas e, portanto mais viáveis economicamente.

3 Apud Maurício Abramento, et al, idem, ibidem. 4 Apud Maurício Abramento, et al, idem, ibidem.

4

4 - Campos de Aplicação

A técnica de solo grampeado pode ser empregada tanto em taludes que ao

serem escavados não adquirirão uma geometria estável, como em taludes naturais

instáveis, em maciços rompidos e ainda para o emprego de escoramento de

escavações.

Entre as técnicas de reforço para estabilização de taludes e escavações “in

situ”, temos a aplicação de Solo Grampeado, a execução de Reticulado de Estacas

Raiz, as Estacas de Grande Diâmetro e as Cortinas Atirantadas.

Os dois primeiros sistemas são aplicáveis a taludes ou escavações muito

íngremes, até verticais, formando um maciço estável de contenção. No caso do

“Solo Grampeado” as nervuras são executadas horizontais e sub-horizontais

aumentando a resistência ao cisalhamento do solo principalmente por meio de seu

trabalho a tração. As estacas raiz são executadas paralelamente a face do talude e

com pequenas inclinações com a vertical, em que cada elemento é solicitado à

tração ou compressão, flexão e cisalhamento. As estacas de grande diâmetro são

aplicadas a taludes mais abatidos, objetivando reduzir ou estabilizar os movimentos

de um plano de escorregamento bem definido, necessitando, portanto ter grande

inércia à flexão, motivo pelo qual suas dimensões são muito superiores aos

chumbadores e estacas raiz.

Embora haja diferenças básicas na forma de trabalho dos três tipos de

reforço, ocorrerão situações em que mais de um sistema poderá ser aplicado. Deve-

se objetivar que os elementos executados no maciço possam trabalhar aumentando

a resistência ao cisalhamento da área tratada. Decorre então que seu desempenho

será melhor, sempre que for possível atravessar o plano de escorregamento,

trabalhando cada nervura à tração.

Desta forma para taludes ou escavações íngremes em solos, a aplicação de

“Solo Grampeado” será muito provavelmente mais econômico que a estaca raiz,

considerando-se a necessidade de um número elevado destes últimos em relação

aos chumbadores.

5

5 - Funcionamento

Os solos em geral, desde que adequadamente compactados, apresentam

uma boa resistência à compressão e ao cisalhamento. No entanto, a resistência à

tração é baixa.

A introdução de reforços traz ao material composto comportamento

mecanicamente mais favorável. O grampeamento possibilita que cortes sejam

implantados em grandes desníveis e inclinações em locais que de outra forma

seriam instáveis, por exemplo, cortes verticais em solos arenosos.

O trecho reforçado pode ser entendido como um muro de gravidade,

garantindo a estabilidade da zona não reforçada. Concreto projetado comumente

compõe a face. O faceamento não tem função principal na estabilização. No solo

grampeado a face tem por objetivo garantir a estabilidade local e evitar o

desenvolvimento de processos erosivos, ao contrário do que se verifica nas cortinas

ancoradas, nas quais a face é o promotor direto da estabilidade da zona

potencialmente instável (zona ativa).

No solo grampeado a estabilidade é garantida pelas forças de atrito

desenvolvidas no contato solo grampo. Através dos grampos promove-se a “costura”

da zona potencialmente instável e da zona resistente do conjunto.

No caso de reforços flexíveis, somente a resistência à tração responde pela

estabilização. Em geral um grampo por sua rigidez pode ser solicitado à tração, à

flexão e ao cisalhamento. A eficiência máxima dos grampos dá-se quando sua

inclinação coincide com a direção principal maior de deformação da massa

reforçada. Nesta condição os grampos unicamente são submetidos à tração

independentemente da rigidez à flexão desses elementos.

Tipicamente implantam-se grampos com uma inclinação de 15% com a

horizontal. Sob a condição de fundo estável a tendência de movimentação de uma

escavação é preponderadamente horizontal e não difere, portanto, significativamente

da inclinação do grampo. Nestas condições a tração mobilizada nos grampos

preponderam como mecanismo estabilizador. Nas análises convencionais, as

contribuições da resistência à flexão e ao cisalhamento do grampo comumente são

negligenciadas.

6

O atrito mobilizado ao longo do grampo tem direções opostas nas zonas

ativas e resistentes, seguindo a tendência de movimento relativo da interface. A

forma máxima mobilizada ao longo do grampo ocorre na intercessão do grampo com

a superfície potencial de rotura. Superfície potencial de rotura separa destas duas

zonas, local no qual tem-se nula as tensões cisalhantes na interface solo-grampo.

No projeto, com base no valor dessa força máxima mobilizada deve-se definir

uma quantidade suficiente de reforços para se evitar a rotura e um comprimento de

transferência suficiente de forma a garantir que não haja arrancamento dos grampos

da zona resistente.

Sob condições de trabalho, pode-se considerar nulas as movimentações

relativas solo-reforço (Dyer & Milligan, 1984, Jewell, 1988).5 Isso significa que não

ocorre deslizamento no contato e que são as mesmas deformações no solo e no

reforço nessa interface. Assim, as deformações que ocorrem no solo são

controladas pela deformabilidade do grampo, nessas condições.

Si é o índice de rigidez relativa solo-grampo, conforme descrito por Ehrlich &

Mitchell (1994).6

Si = ArEr/KPaSvSh

Onde: Ar e Er são a área e módulo de deformabilidade dos grampos,

respectivamente;

K é o módulo tangente inicial no modelo hiperbólico de Duncan et al. (1980);7

Pa é a pressão atmosférica (constante unitária);

Sv e Sh são os espaçamentos vertical e horizontal do grampo (definam a área

de influência).

Sob deformação lateral, ε, nula tem se o solo na condição de repouso (σs = σz

Ko). À medida que as deformações ocorrem às tensões no solo diminuem tendendo

ao estado ativo. Já as tensões nos reforços crescem com as deformações, ε. As

deformações cessam quando o equilíbrio é satisfeito. Dessa forma, tem se que

grampos mais rígidos (Si)2 , (valor demonstrado na Figura 5.1)levam a menores

5 Apud Maurício Ehrlich, Solo Grampeado, Projeto, Execução, Instrumentação e Comportamento, Sinduscon e ABMS, São Paulo, 2003, p128. 6 Apud Maurício Ehrlich, idem, ibidem.

7

movimentações e as tensões no solo e nos reforços são mais próximas as

correspondentes ao repouso. Grampos mais deformáveis (Si)1 permitem ao conjunto

deformações suficientes para a plastificação da zona potencial instável e tem-se o

solo nesta zona num estado de tensões mais próximo ao ativo. Nestas condições as

tensões no grampo se apresentam mais baixas.

Figura 5.1 – Influência da rigidez do grampo nas tensões e deformações mobilizadas. Fonte: Solo

Grampeado, Projeto, Execução, Instrumentação e Comportamento, Sinduscon e ABMS, São Paulo,

2003, p129.

O faceamento tem função secundária na estabilização, compreendendo

basicamente em evitar roturas localizadas. Em taludes mais verticalizados, próximo

ao pé da escavação, o comprimento de transferência ao longo da interface solo

grampo na cunha ativa é pequeno e as tensões junto à face pode-se apresentar

mais elevadas. Faces estruturalmente resistentes podem-se tornar necessárias

nestas condições. Usualmente adota-se concreto projetado de 7 a 10 cm de

espessura e malha metálica simples solidarizada aos grampos.

Com a diminuição da inclinação tem-se aumento do comprimento de

transferência na cunha ativa e diminuição das tensões atuantes junto à face. Dessa

forma a estabilidade próxima à face aumenta significamente e o revestimento da

face pode se tornar desnecessária quanto ao aspecto estrutural. Cobertura vegetal

pode ser adotada sem prejuízos à estabilidade neste caso e sua função objetiva

principalmente garantir o controle dos processos erosivos.

7 Apud Maurício Ehrlich, idem, ibidem.

8

Fig. 5.2 - Contenção de talude em filito sob a fundação de viaduto ferroviário. Fonte: Fundações:

Teoria e Prática, 2ª edição, São Paulo, Pini, 1998, p.668.

6 - Método Construtivo

Primeiramente inicia-se o corte do solo na geometria de projeto, ou não se o

caso for reforçar taludes. Segue-se com a execução da primeira linha de

chumbadores e aplicação do revestimento de concreto projetado. Caso o talude já

se encontre cortado pode-se trabalhar de forma descendente ou ascendente,

conforme a conveniência. Simultaneamente aos trabalhos executam-se os drenos

profundos, de paramento e as canaletas ou descidas d’água, conforme projeto.

Fig. 6.1 - Fases construtivas. Fonte: Fundações: Teoria e Prática, 2ª edição, São Paulo, Pini, 1998, p.

O método construtivo deste tipo de estrutura consiste na execução de

chumbadores (grampos), concreto projetado e drenagem visando estabilizar o

talude.

9

6.1 - Chumbador

Os chumbadores, na grande maioria dos casos, são moldados “in loco”, por

meio das operações de perfuração e fixação de armação com injeção de calda de

cimento. As perfurações são normalmente executadas por equipamentos, pesando

entre 5 e 1000 kgf, portanto leves, de fácil manuseio, instalação e trabalho sobre

qualquer talude. Como fluido de perfuração e limpeza do furo, poderá ser utilizada

água, ar, lama, ou nenhum deles e optando por trados helicoidais contínuos. O

sistema mais comum é aquele por lavagem com água. A depender da profundidade

do furo, diâmetro, área de trabalho, pode-se optar por perfuratrizes tipo sonda,

“crawlair”, “wagon drill”, ou até perfuratrizes manuais. Quando a condição de

trabalho permite alta produtividade, são utilizadas esteiras de perfuração, tipo

crawlair, cujo peso varia entre 2000 e 4000 kgf. Os chumbadores têm usualmente

inclinação abaixo da horizontal variando de 5º a 30º.

A escolha do método de perfuração deve ser tal que a cavidade perfurada

permaneça estável até que a injeção seja concluída. Caso seja utilizada lama

bentonítica, deverá ser assegurado o não prejuízo do atrito lateral, por uma lavagem

eficiente da lama com calda de cimento. Recomenda-se para estes casos uma maior

freqüência nos ensaios de arrancamento.

Concluída a perfuração, segue-se à instalação e fixação de nervuras. Estas

podem ser metálicas, de fibras de vidro resinadas, ou similares. O elemento fixado

no furo não deverá perder suas características de resistência ao longo do tempo. No

caso de peças metálicas, elas deverão receber tratamento anticorrosivo adequado,

usualmente resinas epóxicas, ou proteção eletrolítica e a calda de cimento. Ao longo

destes elementos deverão ser instalados dispositivos centralizadores, que garantam

seu contínuo e constante recobrimento com a calda de cimento. Usualmente são

utilizadas barras de aço de construção civil. A injeção poderá ser efetivada por fluido

cimentante qualquer, usualmente calda de cimento ou resinas. Normalmente se

utiliza uma calda com elevado teor de cimento para solos, reservando as resinas

para materiais rochosos. Para instalação preenche-se o furo com o material e

introduz-se a barra ou barras.

Alternativamente pode-se realizar a injeção de calda de cimento após a

instalação da barra de ferro. Por meio da tubulação acessória cuja extremidade é

posicionada na parte inferior da perfuração é injetada a calda de cimento de baixo

10

para cima preenchendo totalmente a cavidade. No caso em que se deseja uma

melhoria maior ainda da aderência lateral, após a instalação da calda de cimento é

realizada uma fase única de injeção. Por meio de tubo de injeção perdido que foi

instalado juntamente com a barra de aço, injeta-se da extremidade superior

medindo-se a pressão de injeção, o volume injetado, sem poder obviamente localizar

o ponto de injeção no solo.

Fig. 6.2 - Detalhe dos grampos. Fonte: Fundações: Teoria e Prática, 2ª edição, São Paulo, Pini, 1998,

p.658.

Esta técnica é a mais usada, pois minimiza erros operacionais, além de

promover um melhor adensamento e, portanto melhor fixação da barra ao solo.

Trata-se de um tubo de polietileno de 8 a 10 mm de diâmetro com válvulas de

injeção instaladas entre 30 e 50 cm, até 1,5 m da boca do furo. A injeção além de

promover a melhor ancoragem do chumbador, trata o maciço, adensando-o e

preenchendo fissuras. Esta técnica deve ser a escolhida para a melhor eficiência do

chumbador.

As armações normalmente têm sua extremidade superior acabada por meio

de uma dobra a 90 graus, podendo também receber placa metálica, rosca e porca,

no caso de se desejar aplicar uma carga inicial. Neste caso deve-se prever um

trecho não aderido ao solo, ou trecho livre.

Os chumbadores poderão também resultar da cravação de barras,

cantoneiras ou tubo de aço utilizando-se martelos pneumáticos ou manualmente.

Não é, entretanto a prática brasileira.

11

Para a condição onde se cravaram elementos de aço, considera-se

desnecessária a aplicação de proteção contra corrosão, devendo neste caso adotar

uma espessura de aço adicional. Se o elemento cravado for tubular, é possível a

injeção posterior desde que se crave com ponteiras.

A figura abaixo apresenta detalhes de grampos utilizados no primeiro (Figura

6.3-A), a porca e a placa de apoio permitem a aplicação de uma pequena carga de

incorporação da ordem de 5 kN;. Isto serve para garantir contato solo-concreto

projetado, precaução importante no caso de muros com paramento vertical. O

segundo (Figura 6.3-B), empregado em taludes inclinados, à extremidade do grampo

com diâmetro de 20 mm é dobrada para a fixação ao revestimento.

(A) (B)

Fig. 6.3 - (A) barra de aço com diâmetro igual ou maior que 20 mm; (B) barra de aço com diâmetro

inferior a 20 mm. Fonte: Ancoragens e Grampos/Coleção Manual Técnico de Encostas – Fundação

Instituto de Geotécnica do município do Rio de Janeiro – GeoRio, Rio de Janeiro (2000), 2ª Edição.

6.2 - Concreto Projetado

O concreto projetado é o resultado da aplicação de camada de concreto

armado em todo o talude. Este concreto, que em sua composição contém areia

média, pedrisco e cimento, sem adição de água, é pressurizado em equipamento

especial. Desta forma, é conduzido por mangotes até o bico de projeção, quando

então a água é adicionada à cerca de 1 m do paramento. Sua aplicação depende do

correto dimensionamento das redes de condução de ar, vazão e pressão do

compressor e principalmente ajuste da bomba de projeção. Pode-se utilizar a

aplicação por via seca ou úmida. O usual é por via seca em face da extrema

praticidade. Ou seja, pode ser interrompido e reiniciado o trabalho sem perda de

12

material e tempo para limpeza do equipamento. A elevada energia de projeção

produz 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.

No início de sua aplicação no Brasil, no final da década de 60, a umidificação

era feita por um anel d’água posicionado no bico de projeção. O volume de água era

controlado por um registro acionado pelo mangoteiro, cuja pressão necessária

deveria estar entre 4 e 7 kgf/cm². Esta quantidade era determinada empiricamente,

em função da sensibilidade do operador, visando obter a menor reflexão possível.

Tendo em vista a heterogeneidade da mistura obtida, surgiu a idéia, no final da

década de 70, de se instalar mais um anel d’água, distante 3 metros daquele

posicionado no bico.

A dificuldade do mangoteiro em quantificar a dosagem de água nos dois

anéis, praticamente inviabilizou o projeto. Posteriormente, no final da década de 80

surgiu a idéia de se umidificar o concreto antes de chegar ao bico, por meio de

injeção de água com pressões elevadas, também a 3 m da saída.

Complementarmente, mantinha-se o anel d’água regulado pelo mangoteiro junto ao

bico. Conseguiu-se assim uma mistura com menor variação do fator água/cimento.

Os primeiros equipamentos trabalharam com pressões de injeção d’água de

até 60 kgf/cm², com bico de injeção projetando água no formato de um cone,

obliquamente e no sentido do fluxo, distante três metros da ponta de projeção. Este

acessório, “CP-Jet”, necessita da alimentação de água complementar de 20% junto

ao bico. Embora protegido pela patente brasileira de invenção, PI 8905365, foi

colocado em domínio público face à elevada redução da poluição que promove sua

utilização.

No ano de 1994 surgiu comercialmente o pré-umidificador “Booster”, que

projeta uma cortina de água no formato de uma “fatia de queijo”, também a três

metros da ponta de projeção, mas sem a necessidade de complementação de água

junto ao bico.

A determinação da quantidade da água com a utilização deste acessório

deixa de ser escopo do mangoteiro. Em função da vazão de água necessária, para a

produtividade do equipamento requerida, determina-se o tipo de bico a ser aplicado.

Posicionado este bico de forma a manter a “cortina d’água” oblíqua à linha de fluxo

13

do material seco, haverá uma umidificação bem uniforme sem necessidade da

complementação posterior de água, facilitando assim o trabalho do mangoteiro e

melhorando em muito a homogeneidade do concreto. As vantagens do uso do

sistema de pré-umidificação no caso de aplicação do concreto projetado são:

- melhor homogeneidade de concreto

- diminuição da poeira

- menor reflexão

- aumento da resistência

Fig. 6.4 - Execução do concreto projetado. Fonte: Zirilis, A. C., Val, E. C. do, Neme, P. A., Solo

Grampeado. Associação Brasileira de Mecânica dos Solos (ABMS), São Paulo, 1999.

6.3 - Armação do Concreto

O uso de telas eletrossoldadas confere ao concreto projetado uma armação

muito prática e eficiente. Ressalta-se que é necessária a garantia de seu cobrimento

e que cuidados especiais durante a projeção são necessários para garantir a boa

ligação entre ambos. Deve-se objetivar que o concreto receba uma perfeita

compactação, especialmente se a armação já estiver colocada, evitando que ela

funcione como anteparo. É o chamado “efeito sombra” que deixa vazios atrás da

tela.

Uma forma alternativa e mais prática de armação do concreto é sua aplicação

com fibras. Estes elementos, metálicos ou não, são misturados juntamente com o

concreto e simultaneamente aplicados na superfície. Testes recentes realizados, na

14

Barragem CHESF SE/AL, e a Barragem de Miranda CEMIG MG, concluíram que a

aplicação de fibras metálicas é prática, mais econômica que tela, e que as

características do concreto são melhoradas tanto no aspecto de resistência a tração

como de permeabilidade. A substituição de telas por fibras é uma tendência atual,

tendo em vista que projetos de túneis no exterior têm recomendado esta aplicação e

já há casos de obras realizadas no Brasil com sucesso.

6.4 - Drenagem

A prática usual recomendada à execução dos convencionais serviços de

drenagem profunda e de superfície.

Como drenagem profunda há os drenos sub-horizontais profundos, DHP, que

são resultantes da instalação de tubos plásticos drenantes de 1 ½” a 2” em

perfurações no solo de 2 ½ a 4”. São drenos lineares embutidos no maciço, cujos

comprimentos se situam normalmente entre 6 e 18 m.

Fig. 6.5 - Detalhe do dreno profundo. Fonte: Fundações: Teoria e Prática, 2ª edição, São Paulo, Pini,

1998, p660.

Para os drenos de subsuperfície, ou aqueles atrás e adjacentes ao

revestimento de concreto há barbacãs e o dreno de paramento. O dreno tipo

barbacã é o resultado da escavação de uma cavidade com cerca de 40 x 40 x 40 cm

preenchida com material arenoso e tendo como saída tubo de PVC drenante,

15

partindo de seu interior para fora do revestimento com inclinação descendente.

Trata-se de uma drenagem pontual.

Fig. 6.6 - Detalhe do barbacã. Fonte: Fundações: Teoria e Prática, 2ª edição, São Paulo, Pini, 1998,

p660.

O dreno de paramento, ou dreno N.G., é o resultado da instalação de calha

plástica ondulada revestida por manta geotêxtil numa escavação de 10 x 30 cm, na

direção vertical da crista até o pé do talude. Aflora na canaleta de pé, sendo

considerado um dreno linear. Considera-se ser este último a opção eficiente e

recomendável para projeto.

As canaletas de crista e pé, bem como as escadas de descida d’água são

moldadas “in loco” e revestidas por concreto projetado.

7 - Critérios de Dimensionamento

Pesquisando-se diversas referências bibliográficas notou-se a escassez de

artigos sobre o dimensionamento deste tipo de solução. Isso se dá devido à falta de

normalização.

Portanto, apresenta-se a título de demonstração o resultado de dois artigos

disponíveis, com a finalidade de apresentar as propostas que estão sendo discutidas

no meio geotécnico.

No primeiro elaborado por Falconi & Alonso (1996) os autores, consultores

renomados, apresentam a metodologia de cálculo utilizada para a solução de

estabilização do talude junto a Av. Wenceslau Brás entre as cidades de Poços de

16

Caldas e Belo Horizonte, onde houve uma ruptura de uma região do talude voltado

para esta avenida no ano de 1995.

Fig. 7.1 - Perfil geotécnico perpendicular ao talude logo após a ruptura de 1995. Fonte: Solo

Grampeado, Projeto, Execução, Instrumentação e Comportamento, Sinduscon e ABMS, São Paulo,

2003, p175.

No segundo artigo elaborado por Hachich, W. C. e Camargo, V. E. L. B.

(1997), comparam os processos mais usuais no meio técnico para o

dimensionamento de estruturas de solo grampeado. Para tanto é analisada apenas

uma situação deste artigo, publicada por Juran et al (1990)8 no qual é apresentado o

seu processo de cálculo, sendo comparados às trações e os comprimentos de

grampos resultantes da aplicação de cada um dos processos de cálculo estudados.

7.1 – Método apresentado por Falconi & Alonso

Este dimensionamento de solo grampeado proposto por Falconi & Alonso

(1996) chegou a uma malha típica de 1,50 x 1,30 m (HxV), com chumbadores

17

constituídos por uma barra Ø 20mm instalada em furo de 4” de diâmetro preenchido

com calda de cimento com fator água/cimento de 0,5 (em peso). Para este

dimensionamento, utiliza-se os parâmetros de resistência citados no item 2,

complementados, para o solo residual sob o aterro, conforme abaixo:

Peso específico natural (abaixo do nível d’água): γ = 20kN/m3

Intercepto de coesão: c = 25kPa

Ângulo de atrito interno: ϕ = 25º

Este procedimento de dimensionamento consiste em se obter a superfície de

ruptura crítica, sem levar em conta a ação estabilizadora dos chumbadores (Figura

9.2a). Este cálculo é feito tentativa assumindo-se valores de raio R da superfície de

ruptura até se obter FS1 = 1, usando-se, por exemplo, o método de Fellenius:

FS1 = Σci . li + Σ( Ni – u . li ) tg ϕi

Σ Ti

Tomando-se como referência esta superfície de ruptura, introduz-se a ação

das forças Fi dos chumbadores e calcula-se seu valor para se garantir um fator de

segurança FSf = 1,5.

FSf = 1,5 = Σci . li + Σ( Ni – ui . li ) tg ϕi + ΣFi . di = FS i + ΣFi . di

ΣTi R . ΣTi R . ΣTi

Como FS1 = 1, obtêm-se, finalmente:

ΣFi . di ≥ 0,5 (7.3)

R . ΣTi

em que Ti é a força tangencial do peso da lamela i (Figura 7.2a), Fi é a força

resistida pelo chumbador i e R o raio do círculo pesquisado (Figura 7.2b).

Conhecidas às forças atuantes nos chumbadores, seu comprimento é fixado

em função de seu diâmetro externo e da sua adesão com o solo. Neste cálculo

deve-se atender a dois requisitos:

8 Apud Waldemar Coelho Hachich, Solo Grampeado, Projeto, Execução, Instrumentação e Comportamento, Sinduscon e ABMS, São Paulo, 2003, p179.

18

a) o comprimento mínimo do chumbador, contado a partir da superfície de

ruptura com FS = 1, deve ser aquele que atinja, no mínimo, a superfície com FS =

1,5.

b) a armadura do chumbador será calculada admitindo-se que a mesma

poderá sofrer corrosão, analogamente a uma estaca metálica, visto que haverá

fissuração da argamassa que a envolve. Para levar em conta que este efeito, a área

de cálculo resistente será aquela resultante após se descontar 1,5 mm em toda

superfície lateral do aço do chumbador. Além disso, para se garantir a durabilidade

do chumbador, a barra deverá ter um tratamento anticorrosivo (duas demãos de tinta

base de alcatrão de hulha, por exemplo, IGOL ou similar).

Fig. 7.2 – Método de cálculo. Fonte: Solo Grampeado, Projeto, Execução, Instrumentação e

Comportamento, Sinduscon e ABMS, São Paulo, 2003, p178.

7.2 - Comparação de Processos de Dimensionamento

Foi escolhido um exemplo para o qual Juran et al (1990)9 apresentam a

superfície de ruptura em detalhes e os esforços para cada grampo, calculados pelo

processo por eles proposto. A escavação possui geometria simples, com face

vertical, 12 m de altura, grampos com comprimento variável, inclinação igual a 15º e

ainda:

ev = eh = 1,35 m

diâmetro do furo = 10 cm

19

barras Ø 1”,fyk = 168 Mpa

c’ = 12 kPa

φ’ = 35º

γ = 20kN/m3

Sempre que exigido pelo processo de cálculo, adota-se um comprimento

preliminar para os grampos, uniforme e grande o suficiente para garantir que as

superfícies críticas estejam contidas na zona reforçada.

A maioria dos processos (exceto aquele baseado no Estável) calcula uma

tração máxima por metro longitudinal de obra e o comprimento dos grampos é

ajustado a posteriori, com base nessa tração, de modo a garantir a segurança ao

arrancamento.

Em seu artigo Juran et al (1990)10 otimizam o comprimento dos grampos com

base em um valor adotado de 120 kPa para o atrito solo-grampo, valor esse que foi

mantido para as comparações.

7.2.1 - Comparação das Trações

A Tabela 7.1 apresenta um resumo das trações resultantes segundo cada

processo. Apenas os processos de Juran e Multicritério consideram os esforços de

corte nos grampos e permitem distribuição não uniforme das trações individuais em

profundidade. Em alguns casos fez-se necessário ajustar os espaçamentos dos

grampos para garantir que não se atingisse o escoamento do material das barras.

Tabela 7.1 - Trações resultantes segundo cada processo

PROCESSO Ti/m (kN/m

de obra)

Σ Ti/m (kN/m de obra) Corte nos grampos

Fellenius Mod. 2002 (*) 73,5 809 não

Davis 45,7 412 não

Juran 21,2 a 41,1

(média 39,1)

352 sim

9 Apud Waldemar Coelho Hachich, idem, ibidem. 10 Apud Waldemar Coelho Hachich, idem, ibidem.

20

Jewell 32,3 291 não

Fellenius Mod. 1996 (**) 28,5 256 não

Estável 27,7 250 não

Multicritério 25,2 a 26,9

(média 26,1)

235 sim

(*) Espaçamento dos grampos: 1,1 m x 1,1 m. Calculado de acordo com o artigo publicado no primeiro CLBG (Falconi e

Alonso, 2002).

(**) Calculado de acordo com o artigo publicado no terceiro CEFE (Falconi e Alonso, 1996).

A figura 7.3 compara graficamente as trações resultantes segundo cada

processo.

(*) Processos que consideram a rigidez transversal dos grampos

(**) Fellenius modificado: calculados segundo Falconi & Alonso (1996) e Falconi & Alonso (2002)

(***) Esta média excluiu o processo de Fellenius de acordo com o artigo publicado por Falconi & Alonso (2002)

Fig. 7.3 – Exemplo hipotético – Trações resultantes segundo os diferentes processos de cálculo.

Fonte: Solo Grampeado, Projeto, Execução, Instrumentação e Comportamento, Sinduscon e ABMS,

São Paulo, 2003, p181.

A média para os processos mencionados (excluído apenas o de Falconi &

Alonso, 2002)11 é de aproximadamente 300 kN/m. O gráfico acima mostra que os

processos de Jewell, Fellenius Mod. 1996, Multicritério e Estável fornecem

21

resultados razoavelmente próximos entre si. O processo de Juran resultou numa

tração total cerca de 20% maior do que a média. O processo de Davis resultou em

uma tração total cerca de 40% maior do que a média; este último processo é

passível de críticas quanto às expressões de equilíbrio de forças.

7.2.2 - Comparação dos Comprimentos dos Grampos

Para a comparação dos comprimentos totais de grampos por metro

longitudinal de obra foram consideradas as diferentes definições de seguranças

recomendadas por cada um dos autores. Coeficientes de segurança globais foram

adotados como sendo iguais a 1, 5, a menos de orientações explícitas do autor.

Nos processos de Fellenius Mod. 1996, Fellenius Mod. 2002, Davis e Jewell

foi necessário alterar o espaçamento entre os grampos, devido à tensão de

escoamento relativamente baixa do material das barras (Juran et al, 1990 utiliza

grampos de alumínio neste exemplo). Por essa razão não seria adequada a

comparação direta dos comprimentos dos grampos.

O comprimento dos grampos também deve atender à condição de

estabilidade global da estrutura.

A aplicação do processo de Fellenius Modificado 2002 (Falconi & Alonso,

2002)12 resultou em trações e comprimentos muito maiores do que aqueles obtidos

com a primeira versão desse processo (Falconi & Alonso, 1996). Esse fato se deve à

não consideração, na versão de 2002, do acréscimo de resistência na base das

lamelas devido à componente normal do esforço dos grampos. Em solos com ângulo

de atrito elevado o efeito pode ser muito significativo.

As figuras 7.4 e 7.5 apresentam, respectivamente, a posição das superfícies

críticas e os comprimentos totais de grampos, calculados por metro longitudinal de

obra.

11 Apud Waldemar Coelho Hachich, idem, ibidem. 12 Apud Waldemar Coelho Hachich, idem, ibidem.

22

Fig. 7.4 - Exemplo hipotético - Superfícies críticas de cada processo e superfície crítica (sem os

grampos) com FS = 1,5. Fonte: Solo Grampeado, Projeto, Execução, Instrumentação e

Comportamento, Sinduscon e ABMS, São Paulo, 2003, p182.

(*) Processos que consideram a rigidez transversal dos grampos

(**) Esta média exclui o processo de Fellenius de acordo co o artigo publicado por Falconi & Alonso (2002)

Fig. 7.5 - Exemplo hipotético - Comprimentos totais de grampos por metro longitudinal de obra. Fonte:

Solo Grampeado, Projeto, Execução, Instrumentação e Comportamento, Sinduscon e ABMS, São

Paulo, 2003, p182.

O comprimento total médio dos grampos foi de 57 m por metro longitudinal de

obra (excluído apenas o resultado do processo de Falconi & Alonso, 2002). Embora

as trações resultantes chegam a apresentar dispersões de até 40% em relação à

média, em termos de comprimento total de grampos por metro longitudinal de obra

essas dispersões caem para cerca de 30%. Isto ocorre porque o comprimento total

23

do grampo é definido não só pela tração, mas também pela posição da superfície

crítica determinada em cada processo.

8 - Projeto e Especificações

Pretende-se apresentar as recomendações para a execução da técnica de

solo grampeado através da Especificação 5 - Solo Grampeado GeoRio (2000).

Algumas especificações são indispensáveis para a elaboração do projeto, como:

- Fck do concreto em Mpa;

- Fator água/cimento do concreto a ser utilizado;

- Dimensões das bitolas do aço e seu respectivo comprimento;

- Cobrimento da armadura,

- A dobragem e a emenda das barras deverão atender a NBR 611813;

A figura 8.1 mostra todos os detalhes dos grampos que durante a elaboração

de um projeto executivo seu autor deve detalhar. Apresenta-se o espaçamento dos

grampos, a locação dos tubos de drenagens (barbacãs) e seu diâmetro.

Onde: SV - espaçamento vertical entre grampos

SH – espaçamento horizontal entre grampos

13 NBR 6118 - Projeto de estruturas de concreto, 1978

24

Fig. 8.1 – Vista frontal típica. Fonte: Ancoragens e Grampos/Coleção Manual Técnico de Encostas –

Fundação Instituto de Geotécnica do município do Rio de Janeiro – GeoRio, Rio de Janeiro (2000), 2ª

Edição.

A figura 8.2 apresenta um corte típico detalhando a inclinação do talude, a

inclinação e o comprimento do talude.

Onde:

L - Comprimento do grampo

Y - Dimensão que define a inclinação do talude

∝ - Inclinação do grampo em relação a horizontal

25

Fig. 8.2 – Seção típica. Fonte: Ancoragens e Grampos/Coleção Manual Técnico de Encostas –

Fundação Instituto de Geotécnica do município do Rio de Janeiro – GeoRio, Rio de Janeiro (2000), 2ª

Edição.

As figuras 8.3 e 8.4 apresentam detalhamento da fixação dos grampos,

execução da malha de revestimento do talude e ilustração da calda de cimento onde

o projetista deve incluir como nota que a injeção da calda deverá ter pressão

equivalente à atmosférica.

Fig. 8.3 – Detalhe da barra. Fonte: Ancoragens e Grampos/Coleção Manual Técnico de Encostas –

Fundação Instituto de Geotécnica do município do Rio de Janeiro – GeoRio, Rio de Janeiro (2000), 2ª

Edição.

26

Fig. 8.4 - Detalhe de fixação do grampo e malha de revestimento do talude. Fonte: Ancoragens e

Grampos/Coleção Manual Técnico de Encostas – Fundação Instituto de Geotécnica do município do

Rio de Janeiro – GeoRio, Rio de Janeiro (2000), 2ª Edição.

As juntas serão obtidas naturalmente na região onde o desenvolvimento da

tela for interrompido. A figura 8.5 mostra o detalhamento da malha onde deverá

especificar o diâmetro do fio e o espaçamento entre as barras.

Fig. 8.5 - Vista frontal - junta de dilatação. Fonte: Ancoragens e Grampos/Coleção Manual Técnico de

Encostas – Fundação Instituto de Geotécnica do município do Rio de Janeiro – GeoRio, Rio de

Janeiro (2000), 2ª Edição.

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28

9 Conclusão

Esta nova técnica apesar de não existir normas em nosso país para seu

dimensionamento, vem sendo muito utilizada por profissionais de geotecnia,

apresentando ótimos resultados para contenções de grandes taludes.

Esta tem como vantagem em relação às demais técnicas de contenção

grande rapidez executiva, sendo, portanto economicamente viável.

Um fator negativo para a execução desta técnica é que não vem ser

aconselhável sua aplicação em locais com forte presença do lençol freático, em

solos permeáveis, pois, poderão ocorrer freqüentes instabilizações localizadas,

dificultando a aplicação do revestimento do concreto projetado.

Técnicos da área geotécnica deveriam reunir todas as informações e

conhecimentos adquiridos, seja pela experiência construtiva ou de normas e ou

procedimentos internacionais para elaboração de normas brasileiras, com o objetivo

de elaborar uma padronização, possibilitando que todos profissionais possam

discutir as mesmas questões, as mesmas teorias e procedimentos.

Isto se faz muito necessário, pois, o solo grampeado é uma técnica que vem

se desenvolvendo muito e cada vez sendo mais divulgada e aplicada no meio

geotécnico. E, portanto havendo a normalização desta técnica seria uma grande

conquista, unindo então uma técnica econômica, de fácil execução e finalmente com

procedimentos e artigos bibliográficos normalizados.

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10 Referências Bibliográficas

Ancoragens e Grampos/Coleção Manual Técnico de Encostas – Fundação

Instituto de Geotécnica do município do Rio de Janeiro – GeoRio, 2ª Edição, Rio de Janeiro, 2000;

HACHICH, Waldemar. Et al. Fundações: Teoria e Prática, 2ª edição, São Paulo,

Pini, 1998; Solo Grampeado, Projeto, Execução, Instrumentação e Comportamento,

Sinduscon e ABMS, São Paulo, 2003;

Zirilis, A. C., Val, E. C. do, Neme, P. A., Solo Grampeado. Associação Brasileira de Mecânica dos Solos (ABMS), São Paulo, 1999.

NBR 6118, Projeto de estruturas de concreto, 1978.