TÉCNICA DE CONTENÇÃO DE ESCAVAÇÃO - SOLO GRAMPEADO:

PROCESSO EXECUTIVO ¹

Tiago Soto Araújo ²

Prof.ª Miriam de Fátima Carvalho ³

RESUMO

Este trabalho tem por objetivo abordar os aspectos técnicos relacionados com estruturas

de contenção, em particular a técnica de solo grampeado, segundo os processos da engenharia

civil. Para tanto, faz-se uma apresentação do tema com base em estudos sobre o assunto, cita-

se a origem do processo utilizado para executar estruturas de contenção em solo grampeado,

apresenta-se o processo construtivo e suas etapas, contempla-se de forma sucinta, os modelos

mais usuais de análises e métodos de dimensionamento e desenvolve-se um estudo de caso

com foco no processo executivo, tomando-se como elemento de estudo a revitalização de uma

edificação na cidade de Salvador-BA, Brasil. Como fechamento do trabalho é apresentado as

análises realizadas no estudo de caso.

Palavras-chave: Estruturas de Contenção; Solo Grampeado; Processo Executivo.

_________________________________________

Artigo científico apresentado como avaliação da disciplina de Estágio III de Ensino Superior do curso de Engenharia Civil da Universidade Católica do Salvador – UCSAL.2 Tiago Soto Araújo é estudante do curso de Engenharia Civil pela UCSal – Universidade Católica do Salvador. E-mail: tiagosoto@hotmail.com 3 Miriam de Fátima Carvalho (orientador) - Engenheira Civil, Geotecnia, Profª. Escola de Engenharia Civil/UCSAL. E-mail: miriam@ucsal.br

1 - INTRODUÇÃO

As obras de contenção mais antigas de que temos notícia são muros de

alvenaria de argila, contendo aterros na região sul da Mesopotâmia (atual

Iraque), construídos por sumerianos entre 3200 e 2800 a.C.

Obras construídas conforme preceitos de engenharia moderna começaram a

surgir apenas no início do século XVIII, fruto do trabalho de engenheiros

franceses. De fato, a engenharia moderna de obras de contenção iniciou-se

com a publicação do trabalho de Coulomb, em 1776, sobre estruturas de

arrimo.

O desenvolvimento desta ciência naquela época foi motivado pela expansão

colonizadora européia, iniciada no século XVI, que exigia a construção de

diversas estruturas de defesa e fortificações militares, em locais e terrenos os

mais variados possíveis, em quase todos os continentes.

As estruturas de arrimo foram as primeiras obras de contenção a serem

introduzidas no Brasil no século XVII, com os fortes costeiros, e no século

XVIII tiveram seu uso expandido para obras portuárias e de contenções

urbanas, na Bahia e no Rio de Janeiro, com a vinda da Corte portuguesa.

A difusão desse tipo de estrutura no Brasil só iria ocorrer no século XIX, com

a expansão das obras ferroviárias particulares (como a Estrada de Ferro de

Petrópolis, em 1854), e estatais (como a Companhia Estrada de Ferro Dom

Pedro II, em 1864) (Victor, 2004, p.2).

As obras de contenções têm como propósito prover a estabilidade de maciços de

terra ou rocha fornecendo suporte para impedir a ruptura ou escorregamento e podem ser de

diferentes tipos, tais como muros de arrimo, terra armada, solo grampeado, cortina atirantada,

dentre outros. A ruptura ou escorregamento são causados pelo próprio peso dos maciços e/ou

por carregamentos externos e também pela infiltração d’água. Essas obras podem representar

uma importância significativa no custo total de um projeto, transformando-se em um processo

complicador para sua viabilização.

O conhecimento dos fatores: geométricos, geológicos, geotécnicos e a ação

antrópica presentes no maciço em análise, são de grande importância para a escolha da técnica

de contenção. A presença ou não de água também é um fator decisivo, que pode direcionar a

escolha por uma determinada técnica. Além dos fatores acima citados, algumas dessas

técnicas de contenções têm características intrínsecas que também podem ser decisivas na sua

escolha para aplicação em um determinado projeto, tais como: a seqüência de procedimentos

2

executivos, necessidade de equipamentos para execução da técnica, flexibilidade estrutural,

rapidez na execução e versatilidade geométrica.

Em cidades de topografia acidentadas e entremeada entre morros e vales, como por

exemplo, a cidade de Salvador, as estruturas de contenção têm um papel importante. O uso

dessas estruturas para estabilizar encostas, que podem ser originadas por aterros, cortes ou

mesmo pela acomodação natural do relevo, promovem a segurança das edificações, das obras

de infra-estrutura e da população evitando os acidentes com perdas materiais e de vidas

humanas.

Segundo pesquisa realizada com dados do PDE (Plano diretor de encostas da

cidade do salvador), pode-se relatar que, 27% das estruturas de contenções executadas nas

intervenções na cidade de Salvador no período de 1993 a 2004 foram realizadas pela técnica

de solo grampeado, tabela em anexo.

Neste contexto, este artigo aborda o assunto referente ao método de contenção em

solo grampeado, tratado sob o ponto de vista histórico e técnico, apresentando o processo de

execução e um estudo de caso.

2 - SOLO GRAMPEADO

Uma das técnicas de contenção que apresenta vantagens econômicas tanto no

escoramento de escavação quanto na estabilização de taludes é a técnica de solo grampeado,

que consiste no reforço “in situ” de maciços escavados (cuja geometria resultante não é

estável), taludes existentes que não apresentam estabilidade satisfatória ou taludes rompidos

através da inserção de grampos esbeltos (podem ser micro estacas, estacas, perfis metálicos de

estradas de trilhos, vergalhões de aço e barras sintéticas de fibra de carbono), aliado ao

revestimento com tela metálica ou fibras de polipropileno.

A inserção dos grampos pode ser executada de duas maneiras: por percussão ou

por perfuração com injeção de nata de cimento. Os grampos são comumente posicionados

horizontalmente ou sub-horizontalmente no maciço introduzindo desta forma, esforços

resistentes a tração, cisalhamento e momentos fletores.

A função dos grampos é minorar os deslocamentos do maciço terroso pelo

acréscimo de forças internas contrárias ao sistema natural de acomodação da massa (Silva,

2001 apud Lima, 2002). Este sistema natural é causado pela descompressão progressiva do

solo em função das sucessivas fases de escavação ou de uma configuração de ruptura no

3

maciço, gerando deslocamentos no solo, induzindo ao surgimento de forças internas aplicadas

no sistema solo-grampo.

O procedimento é concluído, de forma geral, com instalação de sistema de

drenagem e um revestimento de face, normalmente, feito com concreto projetado, armado

com tela de aço eletrossoldada, ou com adição de fibra de aço ou polietileno.

2.1 - HISTÓRICO

Segundo, de França (2007) a origem do solo grampeado está normalmente baseada

no método de construção de túneis NATM (New Austraian Tunneling Method). Este consiste

no reforço do maciço rochoso através da introdução de inclusões (barras de aço envoltas em

calda de cimento) associada a aplicação de um suporte flexível (malha de aço) logo após a

cada fase da escavação progressiva da galeria. O suporte flexível permitindo que o terreno se

deforme ocorrendo uma região plastificada no entorno da escavação e resultando numa

apreciável redução da espessura do revestimento da escavação. Ao contrario, no método

convencional de execução de túneis, com suporte rígido, os deslocamentos do terreno são

impedidos por um revestimento rígido que, por sua vez, mobiliza no maciço esforços muito

maiores e é uma solução mais cara (Ortigão et al, 1993).

Após a aplicação da técnica NATM em rochas duras, novas experiências foram

efetuadas em materiais menos resistentes, tais como rochas brandas e posteriormente em solos

(siltes, pedregulhos e areia) com o nome de solo grampeado ou pregado (‘Soil Nailing’, em

inglês; ‘Clouage Du Sol’, em francês), segundo, da Silva (2007).

Conforme, De França (2007) a primeira obra documentada em solo grampeado foi

executada na França, em 1972 e 1973, em um talude ferroviário próximo à cidade de

Versalhes. Trata-se de uma contenção temporária construída em areia (Fontainebleau sand)

com alta densidade de grampos curtos, como mostra a figura 1.

4

Figura 1 – Primeira obra documentada em solo grampeado, de França (2007).

Um grande desenvolvimento da técnica de solo grampeado pautou-se em um

estudo de quatro anos executado na Alemanha Ocidental a partir de 1975. Este estudo

envolveu a iniciativa privada, a Universidade de Karlsruhe e o governo alemão (Stocker, 1979

apud de França, 2007, p.29).

Segundo Paias e Lozano (2006), em 1986 o ministério de transporte do governo

francês investiu US$ 4 Milhões em um projeto chamado CLOUTERRE, que teve como

objetivo principal desenvolver recomendações e normalizações para o solo grampeado com

especial ênfase na segurança e durabilidade.

Ortigão et. al., 1993 mostram que muitas obras foram executadas no Brasil, mas

houve poucas publicações da aplicação da técnica. Segundo, Ortigão et. al.,1995 apud de

França, 2007, p.29, a primeira obra de contenção em solo grampeado no Brasil foi executada

em 1970, mais esta experiência não foi divulgada.

Desde sua primeira utilização no Brasil, esta solução tem sido adotada por vários

projetistas e construtores, já se contando com uma razoável experiência em obras executadas,

dentre estas vale a pena relatar os trabalhos descritos por: Ortigão et. al. (1993), Experiência

com solo grampeado no Brasil 1970-1993; Azambuja et al. (2001), Sistema de contenção em

solo grampeado para anel rodoviário em Porto Alegre-RS; Zirlis et. al. (2003) Solo

Grampeado: Alguns Detalhes Executivos Ensaios – Casos de Obras e Viera (1996), Estudo de

análise de estabilidade de estrutura em solo grampeado, este último relata a utilização da

técnica mencionada durante a instalação de tubos metálicos para a implantação do sistema de

água tratada para o município de Salvador-BA proveniente do sistema adutor de Pedra do

Cavalo, onde foi necessário estabilizar um talude, próximo a estaca 457 em Simões Filho-BA,

de 24 m de altura e com inclinação de 50° com a horizontal, foi utilizado grampos de

5

comprimento variam entre 6 e 12 m, com diâmetro de 25 mm inseridos em furos de 90 mm,

com espaçamento vertical de 2 m e horizontal de 1,5 m, conforme figura 2.

Figura 2 – Detalhe da contenção utilizada no sistema adutor de Pedra do

Cavalo, Simões Filho-BA. Fonte: Zirlis et. al., 1992 apud Viera, 1996.

2.2 - PROCESSO EXECUTIVO

O processo executivo do solo grampeado em contenções de escavações tem

basicamente três etapas: escavação, grampeamento e revestimento da face de escavação

(incluindo a instalação de drenos).

2.2.1 - ESCAVAÇÃO

A primeira etapa é a escavação do solo que pode ser executada de modo mecânico

ou manual em etapas sucessivas de cima para baixo, seguindo a geometria do projeto da

contenção. A altura máxima a escavar em cada etapa depende do tipo de terreno e da

inclinação da face de escavação, que deverá ser estável durante a fase crítica que ocorre entre

a escavação, grampeamento e aplicação de um revestimento delgado de concreto projetado.

Para cortes verticais, Gässler (1990) apud Lima, 2002, indicou profundidades de cada estágio

de escavação em função do tipo de solo conforme mostra a Tabela 1.

6

Tabela 1 – Profundidade de escavação em função do tipo de solo, Fonte: Gässler (1990) apud Lima, A.P., 2002

O solo a ser escavado deve apresentar uma resistência aparente não drenada

ao cisalhamento mínima de 10 kPa, do contrario não se poderá executar

escavações com geometrias verticais. Uma resistência como esta, entretanto, é

possível obter na maioria dos solos argilosos e arenosos, mesmo em areia

puras úmidas, devido ao efeito de capilaridade. Somente em areias secas e sem

nenhuma cimentação entre grãos, ou em solos argilosos muito moles, este

processo dificilmente terá sucesso. Ortigão et al. (1993, p. 292).

Dringenberg e Craizer, 1992 apud Lima, 2002 recomenda onde possível inclinar a

face do talude para promover redução da armadura de reforço. Lima, 2002, recomenda uma

inclinação de 5°a 10° da face do talude, em relação à vertical, para obter-se um ganho na

estabilidade geral do conjunto na fase construtiva.

Segundo, Zirlis et al. (2003) outra medida para minorar os esforços na superfície

de escavação é utilização de bermas entre as linhas verticais de grampeamento. Em virtude

das condições do terreno, a ordem da instalação dos grampos e da estabilização do parâmetro

pode ser invertida.

2.2.2- GRAMPEAMENTO

A segunda etapa é o grampeamento que é feito na massa de solo logo após, a

execução das etapas de escavação. A instalação de grampos no solo a ser reforçado pode ser

feita na direção horizontal ou com uma leve inclinação (em geral de 5° a 20° com a

horizontal). Esta etapa pode ser realizada de duas maneiras: percussão ou por perfuração com

injeção de nata de cimento.

O procedimento por percussão consiste em cravar barras ou perfis metálicos

esbeltos (tratados com material anti-corrosivo a fim de se evitar futuras rupturas do

incremento por oxidação) com o auxílio de martelete pneumático. Conforme Lima (2002) este

7

processo de execução é o mais rápido, entretanto com menor resistência ao cisalhamento no

contato solo-grampo, e atinge valores típicos da ordem de 30 a 40 kPa.

Não é aconselhável a utilização desse procedimento quando ocorrer à presença de

pedregulhos no maciço escavado ou a ser estabilizado, nem no caso das argilas porosas, como

as de São Paulo e de Brasília, onde a resistência mobilizada é reduzida. Há também limitações

no comprimento máximo, da ordem de 6 m, condicionado à eficiência de cravação do grampo

(Ortigão et. al., 1993).

O outro procedimento é a perfuração com injeção de nata de cimento que é o mais

comum no Brasil pelas características de solos residuais. Este se baseia na execução de

ancoragem de barra e pode ser executado com trados manuais helicoidais ou equipamentos

mecânicos de pequeno porte que utilizam como fluido de perfuração e limpeza do furo, água

ou ar.

Basicamente este processo consiste na perfuração do terreno com diâmetro entre

50 a 100 mm, posteriormente é feita a introdução de uma ou duas barras de reforço com

diâmetro entre 12,5 e 41 mm dispostas com elementos centralizadores, tipicamente a cada 2

ou 3 m, para evitar o contato do elemento de reforço com o solo. O elemento de reforço deve

estar centrado e com recobrimento de nata totalmente assegurado. No Brasil, os grampos são

geralmente feitos de aço, do tipo CA-50, DYWIDAG, Incotep ou Rocsolo, conforme tabela 2,

que devem receber tratamento anticorrosivo (resinas epóxicas ou pintura eletrolítica) antes da

instalação a fim de se evitar a corrosão dos grampos. Os grampos também podem ser de fibra

de vidro resinadas ou similares, materiais imunes à corrosão.

8

Tabela 2 – Tipos de grampos utilizados no Brasil, Fonte: Ortigão e Sayão, 2000

apud Lima, 2002.

Logo em seguida, é feita a injeção de nata de cimento com pressões baixas,

inferiores a 100 kPa. Nesta etapa é prática comum, instalar próximo à barra dois ou mais tubos

de injeção perdidos (de polietileno ou similar) com diâmetros de 8 a 15 mm, providos de

válvulas manchetes a cada 0,5 m até 1,5 m da boca do furo para a re-injeção, afim de garantir

o recobrimento dos grampos, que é feita lentamente de forma ascendente (do fundo do furo a

boca do furo). O material constituinte da injeção (na perfuração preexistente) é nata de

cimento (relação água-cimento em torno de 0,5 em peso). A calda de injeção deverá atender

ao projeto, não contendo cimentos agressivos aos grampos. Desta forma, o grampo irá atingir

um atrito lateral unitário em solos compactos ou rijos superior a 100 kPa. (Zirlis e Pitta, 1992

apud Lima, 2002).

A interseção do grampo com a face da escavação, normalmente, é feita com a

dobra da barra de aço para diâmetro até 20 mm e para barras com diâmetro maior que 20 mm

é realizada com aplicação de placa e porca para travamento e tracionamento. A figura 3

9

apresenta uma vista geral da perfuração e grampeamento com detalhe da interseção do

grampo com a face do talude.

Figura 3 – Detalhe da interseção do grampo com a face do revestimento, Fonte Dyminski, 2007

2.2.3 – REVESTIMENTO DA FACE DE ESCAVAÇÃO

A solução comumente recomendada e adotada para o revestimento da face de

escavação é o concreto projetado armado com malha de aço eletrossoldada com taxas entre 10

e 60 kg/m². A rapidez e facilidade na execução de faces com reentrâncias favorecem o uso de

concreto projetado nas obras de solo grampeado.

O concreto pode ser projetado por dois modos, via seca ou úmida, a diferença

entre estes dois modos está no preparo e condução dos componentes do concreto. Como o

próprio nome já diz, o concreto projetado por via seca é preparado a seco e tem a adição de

água a mistura realizada instantes antes da aplicação, enquanto o concreto projetado por via

úmida é preparado com água e conduzido até o local de aplicação. Em ambos os modos é

necessário a utilização de um compressor de ar ligado em conjunto com uma bomba de

projeção, onde é feita a introdução do traço de concreto pré-misturado e em seguida a

propulsão do mesmo, que é associado a um mangote onde ao final do processo é realizada a

adição de água.

Em obras de menor porte como é a maioria das obras de contenção, emprega-se

em geral o concreto projetado por via seca. Normalmente o por via úmida só é utilizado em

10

casos de grandes volumes, superiores a 5 m³ aplicados ininterruptamente, pois a cada

paralisação é necessário efetuar uma limpeza geral no mangote, o que não seria prático em

pequenas obras. (GEORIO, 2000).

A armadura de tela metálica vem sendo substituída pelo uso de adição de fibras de

aço ou sintéticas no traço do concreto projetado, uma alternativa mais recente que apresenta

melhores resultados. Segundo, de França (2007) o uso de fibras elimina o tempo gasto com a

montagem das telas sobre a face de escavação e a possibilidade de ocorrer o efeito sombra

(que é o mau adensamento do concreto atrás dos fios da tela metálica eletrossoldada), além de

reduzir o volume de concreto. Apesar de um custo mais elevado que tela eletrossoldada, a

economia do produto final pode chegar a valores de 20 % a 40 % por metro quadrado

aplicado.

Segundo, de França (2007) a face também pode ser revestida com concreto

lançado quando não existem problemas de instabilidades em curto prazo. Esse método é usual

quando uma grande quantidade de reforço é utilizada ou quando a face tem que se apresentar

com concreto liso.

Saramago et. al. (2005), empregam uma alternativa de revestimento de face com o

uso de blocos de concreto pré-moldados, que segundo eles vem se mostrando um grande

aliado para a técnica, pois associam as conhecidas vantagens, à racionalização do método

construtivo e agrega um valor estético à obra, possibilitando diversos desenhos arquitetônicos

ou ainda a formação de jardineiras suspensas na face da contenção.

Saramago et. al. (2005), também registra à aplicação de revestimento vegetação

em taludes pouco íngremes.

2.2.4 – DRENAGEM

Segundo, Vieira (1996), em obras de geotecnia, a água, sempre é motivo de grande

preocupação, devido aos grandes problemas acarretados por sua presença no solo (aumento da

poro pressão, diminuição da coesão, etc.). Por esse motivo, para o sucesso de uma obra de

contenção em solo grampeado, é extremamente necessária a existência de um apropriado

sistema de drenagem para:

a) prevenir a geração de poro pressões excessivas no maciço.

b) proteger a face da deterioração induzida pelo contato da água.

11

c) prevenir a saturação da massa de solo grampeado, já que essa saturação pode

afetar significantemente o deslocamento da estrutura e causar instabilidade durante e após a

escavação.

Normalmente os elementos que compõem o sistema de drenagem aplicados nas

contenções em solo grampeado são os serviços de drenagem de superfície e de drenagem

profunda, os quais podem ser vistos na figura 4.

2.2.4.1 – Drenagem profunda

São elementos que captam as águas distantes da face do talude e as conduzem ao

paramento, em seguida às canaletas. Neste tipo de drenagem usa-se o Dreno subhorizontal

profundo (DHP), resultando da instalação de tubos plásticos drenantes de 32 mm a 50 mm,

em perfurações no solo de 75 mm a 100 mm.

Os tubos são perfurados e recobertos por manta geotêxtil ou tela de nylon. Estes

drenos são lineares embutidos no maciço, cujos comprimentos se situam entre 6 m e 18 m

(ABMS, 1999).

2.2.4.2 – Drenagem superficial

As canaletas de crista e pé, bem como as de descidas d’água cumprem este papel, são

moldadas no local e revestidas por concreto projetado.

Para da Silva (2007), os serviços de manutenção são imprescindíveis para vida útil da

obra, sendo necessário, checar, por exemplo, se as canaletas do sistema de drenagem

apresentam trincas, se a água esta fluindo normalmente, se há sujeira acumulada causando a

obstrução e se os barbacãs estão em bom estado de conservação e desobstruídos.

2.2.4.3 – Dreno de paramento

São peças que destinam a promover um adequado fluxo às águas que chegam ao

paramento vindo do talude. Para os drenos de paramento, ou aqueles atrás e adjacentes ao

revestimento de concreto, tem-se o dreno linear contínuo e o barbacã.

O dreno tipo barbacã é o resultado da escavação de uma cavidade com cerca de 20 x

20 x 20 cm preenchida com material arenoso tendo como saída tubo de PVC drenante,

12

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

uma drenagem pontual.

O dreno linear contínuo é resultado da instalação, numa escavação, de calha plástica

drenante revestida por manta geotêxtil ou por dreno fibroquímico. Ele estende-se ao longo da

direção vertical da crista até o pé do talude, aflora na canaletas de pé e é considerado um

dreno linear.

Figura 4 – Detalhamento dos elementos drenantes tipo: barbacã e dreno de paramento,

Fonte: ABMS, 1999.

2.3 – VANTAGENS E LIMITAÇÕES DA UTILIZAÇÃO DO SOLO GRAMPEADO

A estabilização de taludes em solo grampeado apresenta algumas vantagens em

relação às técnicas similares e normalmente utilizadas, tais como: cortinas atirantadas, muros

de concreto armado e outras. Mitchell e Villet, 1987 apud Feijó, 2007 apresentam as

vantagens e desvantagens dessa técnica.

a) Baixo custo - No solo grampeado o único elemento estrutural utilizado para a estabilização

são os grampos. A proteção do talude em concreto projetado ou outro revestimento, como, por

exemplo, revestimentos pré-fabricados, proteção superficial com vegetação, entre outros, têm

13

custos relativamente mais baixos e podem permitir uma considerável economia em relação às

soluções convencionais.

b) Equipamentos leves - O solo grampeado pode ser executado utilizando-se equipamentos

leves e de fácil manuseio. Em geral são utilizadas sondas rotativas de pequeno porte para a

execução dos furos e a injeção da calda de cimento se processa, em geral, por gravidade. O

revestimento pode ser aplicado manualmente ou utilizando-se um equipamento de projeção de

concreto, reduzindo assim o numero de operários.

c) Adaptação às condições locais - O processo executivo do solo grampeado permite uma

grande flexibilidade de adaptação do projeto às condições geométricas do talude, inclinação

da face e distribuição e dimensionamento dos grampos nos diversos estágios da construção.

d) Deformabilidade - O solo grampeado, por ser uma estrutura deformável na sua essência de

funcionamento, suporta com segurança a ocorrência de recalques absolutos ou diferenciais.

e) Produção - As técnicas utilizadas na execução do solo grampeado permitem uma produção

muito grande. O tempo de execução é, em geral, muito menor se comparado às soluções

convencionais. O solo grampeado pode ser utilizado em diversos tipos de solos e de situações

geométricas, porém, algumas limitações devem ser respeitadas.

As limitações para a utilização da contenção em solo grampeado são relacionadas

abaixo:

a) Presença de nível d’água – Como será visto adiante, o atrito solo-grampo é o principal fator

para aumento da resistência do maciço escavado e a presença d’água impossibilita a inserção

de nata de cimento nas perfurações para revestir os grampos, para garantir o atrito solo-

grampo esperado. O uso da técnica de grampeamento na presença de água deve estar

associado a um eficiente sistema de rebaixamento permanente do lençol.

b) Em condições de drenagem inadequada, particularmente em solos argilosos, pode-se ter

elevados graus de saturação, aumento de poro-pressão e significativas reduções no atrito solo

X grampo. Esse fato associado a um aumento na tensão horizontal (empuxo hidrostático)

pode levar a massa de solo grampeado a situações críticas.

c) Grampos são elementos passivos, daí decorrem, naturalmente, movimentações quando da

sua mobilização. Situações onde os deslocamentos do solo grampeado possam causar danos a

estruturas adjacentes devem ser consideradas. No entanto, esses deslocamentos são em geral

pequenos e, na maioria dos casos, não inviabilizam a adoção dessa solução.

d) Vida útil em ambientes agressivos ou sujeitos à fluência. Considerando tanto estruturas

temporárias quanto permanentes, particular atenção deve ser dada ao tempo que os grampos

serão utilizados em solos corrosivos (ambientes agressivos) e para movimentos a longo prazo

14

na estrutura, particularmente associado ao fenômeno de “creep” nos solos. Em argilas moles,

com limite de liquidez (LL) maior que 20 % e resistência não-drenada (Su) menor que 50 kPa,

não se indica este tipo de solução por causa de possíveis movimentações associadas de

fluência (Abramson et al., 1996, apud Sarè, 2007).

2.4 – DIMENSIONAMENTO

Azambuja (2001), relata que no Brasil não existe uma norma técnica que

regulamente os projetos de solo grampeado, entretanto essas contenções são utilizadas aqui

desde o início da década de 70. Segundo ABMS (1999), na década de 70, as obras em solo

grampeado eram projetadas empiricamente baseando-se em similaridades com casos bem

sucedidos e só a partir dos anos 80 com a popularização do uso de computadores, foram

desenvolvidos métodos racionais de análise.

ABMS (1999), afirma que desde os primórdios da utilização de inclusões sub-

horizontais como reforço do solo para fins de estabilização de taludes sub-verticais, difundiu-

se o conceito de que um muro de solo reforçado, assim como o solo grampeado, poderia ser

analisado como um muro de gravidade comum, desde que o maciço grampeado comporte-se

de forma razoavelmente análoga aos muros executados com outros materiais tradicionais

(concreto ciclópico, gabiões, etc.), sendo necessário que ele seja suficientemente reforçado a

ponto de trabalhar como um monólito brando, resistindo a tensões internas de tração e

cisalhamento.

Para Ortigão et al. (1993), o comportamento mecânico do solo grampeado está

baseado na idéia que o solo atrás do talude possa ser subdividido em duas zonas: a primeira,

mais próxima da superfície do talude, denominada de zona ativa, limitada pela superfície

potencial de ruptura, e a segunda, passiva, onde os grampos deverão ser fixados.

A maioria dos modelos de análise e métodos para dimensionamento é baseada na

análise do equilíbrio limite, onde a superfície potencial de ruptura é examinada.

Segundo Lima (2002) os métodos de análises por equilíbrio limite

consistem na determinação do equilíbrio de uma massa ativa de solo,

localizada entre uma determinada área do talude delimitada por uma

superfície de ruptura circular, poligonal ou de geometria qualquer. O

equilíbrio desta massa de solo ativa é analisado pelos métodos

convencionais, tais como, o método das fatias de Bishop, Bishop

Simplificado, Janbu e Fellenius, por exemplo.

15

Nestes métodos, o solo é dividido em fatias verticais, as quais são

analisadas por equilíbrio estático. A estabilidade global da estrutura é

verificada através de um sistema de equilíbrio de forças estáticas que atuam

na massa de solo limitada pela superfície potencial de ruptura.

A concepção de uma estrutura em solo grampeado envolve a escolha do

comprimento (L), ângulo de instalação (a), espaçamento (Sv e Sh) e resistência dos grampos

de tal modo que fique garantida a estabilidade interna e externa da obra que está sendo

executada. Estes parâmetros dependem de uma série de fatores – em particular da altura da

parede (H), do ângulo de inclinação do talude (β), tipo de grampo utilizado (cravado ou

injetado), qualidade dos grampos envolvidos (a qual depende do atrito lateral unitário

solo/grampo, qS) e de qualquer restrição imposta pelo meio-ambiente.

Todos os modelos de análise e métodos para dimensionamento possuem como

base as propriedades mecânicas do solo e dos reforços, e conseqüentemente a interação entre

estes. Conforme, Schlosser, 1982; Schlosser e De Buhan, 1990 apud De França, 2007, p.48 o

mecanismo de interação mais importante nos solos grampeados, em contenções de

escavações, é a mobilização da resistência ao cisalhamento da interface entre o solo e o

grampo ao longo das inclusões. Bruce e Jewll, 1986 apud De França, 2007 declaram que o

solo grampeado aumenta a resistência ao cisalhamento do solo com os grampos atuando sob

tensão de tração. A tensão cisalhante na interface solo-grampo é, por tanto, o principal

parâmetro de projeto.

Lima 2002, também afirma que um dos mais importantes parâmetros de projetos

de estruturas em solo grampeado é a resistência ao cisalhamento no contato solo-grampo (qs).

Para um dado solo e um dado grampo, qs é função das propriedades do solo, do grampo e da

interface solo-grampo (Schlosser e Unterreiner, 1990 apud Lima, 2002), qs pode ser obtido

experimentalmente em ensaio de arrancamento (“pull out test”), esquematizado na Figura 5,

ou pode ser estimado através de correlações empíricas baseadas nas experiências de

Bustamante et al., (1985) apud Lima 2002, realizadas na França, que correlacionam o valor qs

com a pressão limite do pressiômetro Ménard. Entretanto essa correlação não tem muita

utilidade pelo fato de não ser usual o ensaio pressiométrico no Brasil. Ortigão (1997),

correlaciona o valor qs obtidos em ensaios de arrancamentos feitos em Brasília, São Paulo e

Rio de Janeiro, em furos de 75 mm a 100 mm com injeção de nata de cimento sem pressão,

com o indicie de resistência a penetração (N) obtido no ensaio SPT e sugere que os resultados

podem ser utilizados em estimativas preliminares do desempenho do grampo.

16

Os fatores que podem influenciar os valores de qs são: as características do terreno

e o tipo de tecnologia empregada no processo executivo (propriedades do grampo, método de

perfuração e de limpeza do furo, características da calda de cimento e o emprego de aditivos).

O ensaio de arrancamento deve ser realizado durante a obra em pelo menos dois

grampos ou em 1% dos grampos para que sejam confirmados os valores especificados em

projeto (Ortigão e Sayão, 1999 apud Lima 2002).

Fig.5 - Esquema para ensaios de arrancamento in situ em solos grampeados (FRENCH

NATIONAL RESEARCH PROJECT CLOUTERRE, 1991 apud de França, 2007).

O valor de atrito unitário qs (kPa), relacionado ao deslocamento da extremidade

externa do grampo, é definido no ensaio de arrancamento, pela equação 1.

Onde: qs=atrito lateral unitário; TN=força normal máxima (carga que leva o

grampo a ruptura por atrito com o solo); Ø furo=diâmetro do furo; La=comprimento injetado

do grampo. Maiores detalhes sobre o procedimento do ensaio pode ser visto em Azambuja et.

al. (2001), de França (2007) e Ortigão et. al. (1997).

De acordo com de França (2007) o ponto da tensão de tração máxima ocorre na

interseção dos grampos com a superfície potencial de ruptura (linha arbitraria que une os

pontos de máxima tração nos reforços) e serve de referencia para definir, em projeto, a

17

quantidade de grampos para evitar a ruptura da obra e calcular o comprimento de ancoragem

necessário para que não ocorra o arrancamento do grampo.

No seu trabalho da Silva (2006), relata a utilização generalizada pelo meio técnico de

programas adaptados, e opta pelo método de Bishop Simplificado descrevendo as condições

de contorno deste método. Nele o grampo é tomado como infinito e, atribuída a tensão

necessária para atingir um determinado coeficiente de segurança, é calculado o espaçamento

dos grampos ou vice-versa. Determinando a força em cada grampo, dimensiona-se o

comprimento necessário para absorver essa força após a superfície crítica de ruptura. O

enfoque desses métodos é similar aos procedimentos convencionais de análise de estabilidade

de taludes, adaptados de forma a levar em consideração a contribuição dos reforços. Apesar

das aproximações, esse método possui uma série de vantagens, tais como: análise externa e

interna, consideração do nível d’água e heterogeneidade do solo e análises de superfícies

diversas, que não necessariamente passam pelo pé do talude.

Dentre a utilização generalizada pelo meio técnico de programas adaptados a

ferramentas computacionais, destaca-se o GEOSLOPE-W. Este programa apresenta uma

interface de simples comunicação com o usuário permitindo inserir dados das características

geotécnica do terreno; delimitar as superfícies de contorno para através de distintos métodos

de analise determinar a superfície de ruptura, estabilidade interna, externa e mistas;

determinando os fatores de segurança antes mesmo da realização da escavação e após uma

dada distribuição de grampos adotada. Facilitando assim, a concepção e o dimensionamento

da técnica de contenção em solo grampeado.

3 – ESTUDO DE CASO

3.1 – OBRA ESTUDADA

A obra escolhida para o estudo de caso trata-se da revitalização de uma edificação

destinada à implantação de um centro empresarial, situada na Rua Ivonne Silveira, Paralela,

Salvador-BA. Esta edificação era composta por 7 pavimentos e estava abandonada a 15 anos,

encontrando-se apenas com a sua parte estrutural concluída.

Inicialmente, a estrutura da edificação se encontrava com um pavimento subsolo,

pavimento térreo, mezanino e mais quatro pavimentos em bom estado de conservação. O

novo projeto arquitetônico definiu dez pavimentos com dezesseis ambientes diversificados

entre consultórios médicos e escritórios em cada pavimento, isso determinou a necessidade de

18

uma ampla área de estacionamento para atender a inquilinos e visitantes do empresarial a ser

implantado. Desta forma, foi necessário o reforço da fundação com a execução de sessenta e

seis novos tubulões; a concretagem de novas sapatas circundantes aos tubulões de apoio dos

pilares do prédio; reforço dos pilares do prédio; a demolição da laje de cobertura; a

concretagem de seis lajes novas; e por fim, uma escavação de 4.500 m³ em uma área de 1.500

m² para a implantação de dois níveis de subsolo com o objetivo de atender a demanda de área

de estacionamento, aumentando assim em 2.400 m² a área de estacionamento no subsolo e

adicionando 130 novas vagas disponibilizadas. Esta escavação resultou em um talude vertical,

com altura média de 4,3 m e ângulo de 90° com a horizontal, no lado sudeste do terreno.

Após a análise da geometria insatisfatória do talude e das sondagens de simples

reconhecimento (SPT) feita pela consultoria, foi proposta para a estabilização da escavação

vertical do lado sudeste da obra, a execução da estrutura em contenção denominada solo

grampeado.

3.2 – PROCESSO EXECUTIVO

3.2.1 – ESCAVAÇÃO

No início da obra o terrapleno foi executado sem ainda ter sido contratada a

empresa de geotecnia responsável pela execução da contenção. E sua escavação resultou num

bota fora de 4.500 m³ e um talude vertical no lado sudeste do terreno com aproximadamente

36,00 m de extensão e uma altura variável de 3,00 m a 5,60 m, Fotografia 1a a 1c. A

escavação foi executada sem ser assistida ou instruída por algum geotécnico, o que foi

determinante para não lograr êxito total na sua realização. Alguns pontos importantes, tais

quais como: sobrecargas desnecessárias e irregularidades no desenvolvimento da linha de

crista do talude, não foram eliminados e a correção destes certamente iria gerar economia no

dimensionamento dos grampos, também como no tempo de execução do revestimento da face

do talude.

Esta etapa foi realizada em 5 dias e além da escavadeira hidráulica foram

utilizadas 5 caçambas para o trabalho de bota-fora.

19

Fotografia 1a

Fotografia 1b

Fotografia 1c

Fotografia 1a, 1b e 1c – Detalhe da escavação mecanizada da obra em estudo.

Três semanas após o término da escavação mecanizada a empresa de geotecnia

contratada (doravante chamada de contratada) para execução da contenção em solo

grampeado iniciou os seus trabalhos finalizando a escavação de modo manual, com a

regularização da face do talude, minimizando as arestas deixadas pela escavação mecanizada

20

e deixando-a com uma inclinação ortogonal com a horizontal. Esta etapa foi realizada por dois

serventes com a instrumentação de duas hastes metálicas.

3.2.2 – GRAMPEAMENTO

O grampeamento foi executado de forma ascendente (no sentido do pé do talude

em direção a crista do mesmo) com auxílio de andaimes para vencer altura, (fotografia 2). O

instrumento utilizado para abertura dos furos foi um trépano de 100 mm de diâmetro e com

auxílio de circulação de água para limpeza dos furos, (fotografia 3), atingindo-se uma

produção diária média de 45 m de perfuração. Os furos têm uma inclinação com a horizontal

de 15°. De acordo com a revisão bibliográfica realizada, a inclinação dos furos deve variar

entre 5° a 20° e o seu diâmetro entre 50 e 100 mm, verifica-se assim que a execução dos furos

foi realizada dentro dos padrões técnicos.

Fotografia 2 – Detalhe do uso de andaimes Fotografia 3 – Abertura dos furos na obra estudada

Os grampos tiveram tratamento anti-corroviso a base de tinta epóxi e foram

dispostos com centralizadores a cada 2,00m a fim de garantir o completo recobrimento.

A injeção da nata de cimento para preenchimento dos furos e recobrimento dos

grampos ocorreu em duas etapas. A primeira por meio de um tubo introduzido até o final de

cada furo, para que fosse feita a primeira injeção (bainha). E a segunda etapa através de uma

21

mangueira de polietileno com diâmetro de 15 mm, dotada de válvulas de re-injeção

(manchetes) a cada 0,50 m. A segunda injeção foi executada em média três horas após o

preenchimento inicial (bainha), sem o auxilio de manômetro para o controle da pressão de re-

injeção.

A calda de cimento utilizada tinha fator água/cimento 0,50 (em peso) e não

apresentava aditivo expansor. A fixação do grampo foi executada com a dobra da extremidade

das barras. Verifica-se assim que o grampeamento foi realizado dentro dos padrões técnicos.

Esta etapa foi realizada por 2 ajudantes práticos e 2 serventes em 10 dias.

A contenção tem quatro linhas de grampos com diâmetro 20 mm, aço CA-50. Nas

duas inferiores os grampos possuem 6,00 m e as outras duas 4,00 m de comprimento, com

espaçamentos verticais e horizontais de 1,50 m entre si, totalizando assim 75 grampos numa

área de 154,80 m². A figura 6 apresenta o croqui da vista frontal da estrutura com distribuição

dos grampos.

Figura 6 – Croqui da vista frontal da contenção em solo grampeado.

22

3.2.3 – REVESTIMENTO DA FACE

O revestimento da face da contenção foi realizado com argamassa lançada armada

com tela Telcon Q-61, conforme fotografia 4. O traço da argamassa utilizada esta descrito na

tabela 3. Esta etapa não seguiu o que normalmente indica a literatura técnica para a execução

de contenção em solo grampeado, provocando assim uma demora na execução desta etapa

(3semanas) o que gerou risco a integridade da contenção, já que a escavação exposta estava

sujeita a erosão, conseqüentemente a desprendimento de terra. Apesar da etapa de escavação

ter sido realizada em duas fases: mecanizada e manual, o acabamento da face escavada ainda

resultou em uma superfície irregular em alguns pontos, o que gerou o aumento na espessura

do revestimento, afetando o consumo do material utilizado. Isso poderia ser evitado com a

marcação do gabarito, no momento da realização da escavação.

Fotografia 4 – Revestimento com argamassa lançada Tabela 3 – Traço da Argamassa

O revestimento ficou com uma variação de espessura de 5 a 20 cm, com uma

espessura média de12 cm. Foi observado que mais de 10% da área da contenção precisou da

espessura máxima para o revestimento da face.

Para atender as especificações de projeto, o revestimento da face de escavação foi

desempolado e ficou com aspecto de concreto liso.

TRAÇO DA ARGAMASSA DE REVESTIMENTO

MATERIAIS VOLUME/TRAÇOCIMENTO 1SACOCAL (Rehidratada) 32 LITROSAREIA 300LITROSÁGUA 42LITROSFIBRAS PPL 150gramasVOLUME DO TRAÇO = 260LITROS

23

3.2.4 – DRENAGEM

Para a drenagem da contenção estudada foi utilizado apenas o dreno tipo barbacã.

Localizados entre as linhas horizontais e verticais dos grampos a uma distância de 75 cm de

cada grampo, os drenos possuem 100 mm de diâmetro interno. Eles foram executados com

uma escavação de uma cavidade com cerca de 20 x 20 x 20 cm preenchida com material

arenoso tendo como saída tubo de PVC revestido com manta geotêxtil drenante (bidim),

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

uma drenagem pontual curta, conforme figura 8.

Figura 7 – Detalhe do dreno curto da contenção em solo grampeado.

Também foi utilizada uma calha em concreto pré-moldado por toda extensão do pé

do talude. Trata-se de uma drenagem de superfície.

4 – CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com base nos estudos realizados, pode-se concluir que a escolha adequada de um

tipo de estrutura de contenção a ser executada, depende de vários fatores, sendo os principais

deles: as delimitações técnicas (características geotécnicas do terreno, interação com as

estruturas circundantes), as delimitações executivas (tempo de execução, mão de obra

disponibilizada, facilidade de equipamento, versatilidade) e as vantagens econômicas.

24

A decisão pelo uso da técnica de contenção em solo grampeado para a obra do

empresarial Bem-Te-Vi se deu essencialmente pelo fato de se objetivar o maior

aproveitamento do terreno, a redução do volume de escavação e a necessidade da rápida

liberação da área a jusante para execução de fundações em tubulão. Outro fator determinante

para decisão foram as características geotécnicas (nível da água, índice de penetração

dinâmica – SPT e coesão) do terreno que dão amparo técnico à implantação dessa técnica. A

viabilidade econômica também favoreceu a decisão pela técnica. Segundo DE FRANÇA,

2007 o custo de implantação da técnica de contenção em solo grampeado quando comparado

com a técnica em muro de arrimo em alvenaria de pedra argamassada normalmente é inferior

quando utilizada em contenções em altura superior a 3 metros e quando comparado com a

técnica em cortina atirantada normalmente tem um custo 30% menor.

No caso estudado, obra do centro empresarial Bem-Te-Vi não se pode auferir

proveito de todas essas benéficas características da técnica em solo grampeado (fácil

aplicação, rápida execução, flexibilidade para ajuste durante a execução, utilização de

equipamentos leves de fácil transporte, baixo custo, etc.). A rapidez na execução foi

comprometida pela não utilização do concreto projetado no revestimento da face do talude, e

sim a utilização de argamassa lançada, armada com tela metálica, sem a utilização de juntas

de dilatação em nenhuma dos sentidos da face. Não foi encontrado na literatura nenhum relato

da utilização de argamassa para revestimento de contenção de escavação em solo grampeado.

Por tanto fica a duvida se este material se comportará de modo eficaz, resistindo de forma

íntegra aos possíveis deslocamentos de acomodação da estrutura. Outra questão a ressaltar foi

a não utilização do ensaio de arrancamento para certificação do parâmetro qs usado, que foi

adotado a partir de resultado obtido por correlação com a resistência a penetração do

amostrador padrão SPT (N).

Essas informações, bem como a memória de cálculo do dimensionamento não foi

disponibilizada pela empresa contratada.

Cabe ressaltar que apesar de passado quase 40 anos da primeira obra em solo

grampeado utilizada no Brasil ainda não existe uma norma brasileira para regulamentação

desta técnica. A padronização de fatores que podem influenciar nos valores de qs tais como: o

tipo de tecnologia empregada no processo executivo (propriedades do grampo, método de

perfuração e de limpeza do furo, características da calda de cimento e o emprego de aditivos)

e obrigatoriedade do ensaio de arrancamento promoveriam um melhor entendimento desta

técnica no Brasil.

25

REFERÊNCIAS

(ABMS) Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia geotécnica - ZIRLIS, A.; VAL, E. ; NEME, P. - Solo Grampeado: Projeto, Execução e Instrumentação, ABMS - NRSP, São Paulo, 1999.

AZAMBUJA, E. STRAUSS, M. AZAMBUJA, F – Caso Histórico de um Sistema de Contenção em Solo Grampeado em Porto Alegre, RS. III Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas (COBRAE), ABMS. Porto Alegre, 2001.

DA SILVA, D.M.A. – Solo grampeado com concreto projetado. Dissertação de bacharelado. Departamento de Eng. Civil, UCSal. Salvador, 2007.

DA SILVA, JOÃO. Solos grampeados – Comprimento máximo de grampos nos solos a lesse da falha de Salvador – BA. Artigo publicado no Sitientibus, Feira de Santana, n.35, p.57-74, jul./dez. 2006.

DE FRANÇA, F.A.N. – Ensaios de arrancamento em solo grampeado executados em laboratório – Tese de mestrado, São Paulo: USP - Escola de Engenharia de São Carlos, 2007.

DYMINSKI, A. Noções de estabilidade de taludes e contenções. Notas de aula, Departamento de Eng. Civil, UFPR – Paraná, 2007.

FEIJÓ, R.L. – Monitoramento de uma escavação experimental grampeada em solo residual gnáissico não saturado, Tese de Doutorado - UFRJ, Rio de Janeiro, 2007. Disponível em:

GEORIO – Fundação Instituto de Geotécnica do Município do Rio de Janeiro. Manual Técnico de Encostas: Ancoragens e Grampos. 2.ed. Rio Janeiro, 2000 (Coleção Manual Técnico de Encostas, v.4)

LIMA, A.P. Deformabilidade e estabilidade de taludes em solo grampeado. Tese de mestrado, Departamento de Eng. Civil, PUCRIO. Rio de Janeiro, 2002.

ORTIGÃO, J.A.R. ; ZIRLIS, A.C; PALMEIRA, E.M. – EXPERIÊNCIA COM SOLO GRAMPEADO NO BRASIL – 1970 – 1993. Revista Solos e Rochas, ABMS, v. 16, pp291-304, São Paulo, Dezembro de 1993.

26

ORTIGÃO, J.A.R. – ENSAIOS DE ARRANCAMENTO EM OBRAS DE SOLO GRAMPEADO. Nota Técnica, Revista Solos e Rochas, ABMS, Vol. 20:1, p. 39-43. São Paulo, 1997.

PAIAS, C. e LOZANO, M.H. – Como construir: Solo Grampeado. Revista Téchne edição: 116, Novembro de 2006, Disponível em: http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/116/artigo35397-1.asp Acesso em: 25/09/2009.

SARAMAGO, R.P.; MENDONÇA, M.B.; BRUGGER, P.J.; FERREIRA JR, J.A. – MURO DE SOLO GRAMPEADO COM FACE EM BLOCOS PRÉ-MOLDADOS, Rio de Janeiro, 2005.

SARÉ, A.R. – Comportamento de escavação grampeada instrumentada em solo residual. Tese de doutorado, Departamento de Eng. Civil, PUCRIO. Rio de Janeiro, 2007.

VIEIRA, G. R. – Estudo da Análise de Estabilidade de Estrutura em Solo Grampeado. Dissertação de Mestrado. Brasília: UnB, 1996. 127p.

VICTOR, M. Estrutura de Contenções. São Paulo:FATEC, 2004. 79 p. Disponível em: <http:// edificios.eng.br/teoria%202.doc> Acesso em: 25/03/2009

ZIRLIS, A.; PITTA, C.A.; SOUZA, G.J.T. – Solo Grampeado: Alguns Detalhes Executivos Ensaios – Casos de Obras. Workshop Solo Grampeado: Projeto, Execução, Instrumentação e Comportamento, ABMS-Sinduscon-SP, p.01-20. 2003. Disponível em:

27