Contenções:

Estruturas de contenção ou de arrimo são obras civis construídas com a finalidade deprover estabilidade contra a ruptura de maciços de terra ou rocha. São estruturas quefornecem suporte a estes maciços e evitam o escorregamento causado pelo seu pesopróprio ou por carregamentos externos. Exemplos típicos de estruturas de contençãosão os muros de arrimo, as cortinas de estacas prancha e as paredes diafragma.Embora a geometria, o processo construtivo e os materiais utilizados nas estruturascitadas sejam muito diferentes entre si, todas elas são construídas para conter apossível ruptura do maciço, suportando as pressões laterais exercidas por ele.

Sempre que se deseje vencer um desnível e não houver espaço para a construção de um talude,ou ainda, quando se deseje efetuar aberturas no terreno natural, para a implantação de galerias, porexemplo, há necessidade de construir estruturas de suporte que impeçam o desmoronamento doterreno.

Os muros de arrimo ou de gravidade são obras de contenção que têm a finalidade derestabelecer o equilíbrio da encosta, através de seu peso próprio, suportando os empuxosdo maciço (Cunha, 1991). O atrito de sua base contra o solo deve ser suficiente paraassegurar a estabilidade da obra e sua geometria trapezoidal destina-se a evitar otombamento por rotação em torno da aresta externa da base

As estruturas de arrimo podem ser de vários tipos e proporcionam estabilidade de váriasmaneiras. Existem os muros de arrimo de gravidade, de gravidade aliviada, muros de flexão, muros decontraforte, cortinas de estacas prancha, cortinas de estacas secantes ou justapostas, cortinas de perfismetálicos (H ou I) combinados com pranchões de madeira, paredes diafragma e eventualmente partesde estruturas projetadas para outro fim, que têm por finalidade retenção como por exemplo os subsolosde edifícios e cortinas de pontes.

TIPOS DE ESTRUTURAS DE ARRIMO

Os muros de gravidade(a e b) dependem basicamente de seu peso para manter a estabilidade; suas

dimensões são de tal ordem que não se desenvolvem tensões de tração em nenhuma seção.No caso de muros de gravidade aliviada(c) o principio básico é o mesmo, só que por razões deeconomia substitui-se parte do muro pelo solo que atua sobre a base. Há necessidade de se reforçar oconcreto.

Além da alvenaria e do concreto, pode-se construir muros de gravidade com o emprego deoutros materiais. Os "crib-walls" (a) são compostos de tarugos de madeira, concreto ou aço, formando gaiolas preenchidas posteriormente por solo.Na regularização de córregos e saneamento de fundo de vales é comum o uso de gabiões(b)Colocam-se pedras de mão, em gaiolas de arame, que acabam formando blocos. Estescolocados superpostos formam paredes verticais, capazes de suportar grandes deformações eproporcionar boa drenagem do solo arrimado.

A terra armada é um material que conjuga solo e uma armadura de tração (tiras metálicas, fios,fibra de vidro, geotêxteis). Por um mecanismo de atrito cria-se uma pseudo-coesão que garanteestabilidade ao maciço. O revestimento tem por finalidade impedir que o solo situado entre armadurasescoe e também proporcionar estética à estrutura.

A utilização de seções delgadas de concreto armado ocorre nos muros de flexão(a) e de contrafortes(b). Trabalham sob tensões de tração, daí a necessidade de utilizar-se concreto armado.

As estacas-prancha podem funcionar com cortinas de contenção provisórias ou definitivas formadas por perfis, geralmente metálicos, justapostos e cravados no solo. É uma solução para a contenção vertical. Deve ser calculada uma ficha mínima contra o tombamento da estrutura e o perfil deve ser dimensionado de tal forma que resista aos esforços. Em obras de infraestrutura, são aplicadas em terminais portuários, passagens de nível em vias e rodovias, contenção para valas de rede de água e

esgoto, além de proteção de acessos a túneis, por exemplo. As estacas-prancha formam uma contenção semi-impermeável e podem ser aplicadas de forma definitiva ou provisória. Para um projeto de contenção. Para estudo caso a caso sempre é necessário fazer uma sondagem geológico-geotécnica prévia do solo para que se conheça os parâmetros envolvidos. De difícil execução em solos duros, pois qualquer bloco de rocha ou interferência impede a penetração da estaca geralmente metálica. (Para a contenção com estacas-prancha, os perfis são cravados no solo. Eles são intertravados por meio de ranhuras do tipo macho e fêmea, formando paredes verticais. As estacas-prancha são usualmente cravadas com equipamento bate-estacas ou com utilização de martelos de vibração que cravação a estaca com auxílio de guindastes. Quando são aplicadas de forma provisória para apoio na escavação de blocos de fundações). (As estacas geralmente são metálicas, em aço. Mas, conforme a aplicação, podem ser de outro material como o PRFV (Plástico Reforçado com Fibra de Vidro, Polietileno) mais resistente à corrosão d'água do mar.) Em um projeto de contenção com estacas-prancha, recomenda-se combinar o menor peso/m² possível, a maior largura útil do perfil possível - para maior produtividade na execução - e o maior módulo de elasticidade possível. O módulo de elasticidade é a capacidade de um material suportar determinada tensão até se deformar.

A parede diafragma consiste em se realizar, no subsolo, um muro vertical de profundidades e espessuras variáveis, constituídos de painéis elementares alternados ou sucessivos, e aptos a absorver cargas axiais, empuxos horizontais e momentos fletores.

A parede poderá ter função estática ou de interceptação hidráulica, podendo ser constituída de

concreto simples ou armado, pré-moldada ou de coulis, (mistura de cimento, bentonita e água) conforme o escopo a que se destinar.

(Utilizada inicialmente na construção de “cut-off” de barragens para interceptação de fluxos de

infiltração, passou a ser aplicada na solução de grande número de problemas.)

Parede diafragma pré-moldada

As paredes diafragma pré-moldadas são constituídas por uma série de elementos em concreto armado, preparados em usina ou no próprio canteiro. Esses painéis são dimensionados e armados para responder às solicitações a que serão submetidos.

 

Parede diafragma plástica

A parede diafragma plástica é uma barreira vertical escavada com a utilização de “coulis” (mistura de cimento, bentonita e água), com o objetivo de reduzir a percolação horizontal da água. Para melhorar sua eficiência, a parede deve penetrar na camada de solo impermeável subjacente

--O método de construção para os três casos é basicamente o mesmo: primeiro, escavação dofuro até a cota desejada (eventualmente as estacas podem ser também cravadas), estabilização do furocom lama tixotrópica e posterior concentragem. As estacas secantes e paredes-diafragma encontrammaior aplicação quando se deseja impedir a migração de finos e/ou passagem de água; já as estacasjustapostas são utilizadas para reter solos granulares acima do NA quando então se conta com acontribuição do arqueamento.

O correto dimensionamento de cada uma das estruturas citadas requer que se verifique paracada tipo determinadas situações. Basicamente, para os muros (gravidade, gravidade aliviada, flexão,contrafortes, "crib-walls") deve-se calcular os coeficientes de segurança ao desligamento, aotombamento, verificar a taxa de trabalho e a ruptura de todo o sistema; em se tratando de valas abertas,além do cálculo dos esforços horizontais propriamente dito, deve-se verificar a estabilidade de fundoda escavação, bem como o possível desenvolvimento de superfícies de ruptura. Para o caso de solos argilosos pode ocorrer levantamento do fundo ("heave") e em se tratandode solos arenosos pode ocorrer “piping”, caso haja entrada de água pelo fundo da escavação.Quando se pode optar pelo material de preenchimento de estruturas de arrimo deve-se sempre evitar solos argilosos devido aos inúmeros problemas que estes podem causar, tais como deformaçõesvisco-elásticas, incertezas quanto aos desloca mentos necessários para produzir os estados deequilíbrio plástico e aumento de esforços devido à expansibilidade que se manifesta comumente nossolos finos. Um estudo sobre o comportamento insatisfatório de muros de arrimo mostrou que em68% dos casos os muros estavam apoiados em argila e que 51 % dos muros tinham solos coesivos como reaterro.(Os grãos destes tipos de solos são muito finos, quase farináceos, se aderem firmemente um a outro e não podem ser reconhecidos a olho nu. Os espaços vazios entre as partículas são muito pequenos. Devido à sua estrutura estes solos apresentam resistência à penetração de água, absorvendo-a muito lentamente. Entretanto, uma vez que tenha conseguido penetrar no solo, a água também encontra dificuldade para ser extraída do interior do mesmo. Ao receber água, tendem a tornar-se plásticos (surge a “lama”). Apresentam maior grau de estabilidade quando secos)Regra geral, a correta determinação das cargas laterais atuantes sobre qualquer tipo deestrutura de arrimo depende das deformações a que estará sujeita essa estrutura.

ESTABILIDADE DE MUROS DE ARRIMOos esforços são decisivamente determinados pelas deformações em jogo e muitas vezes, dada a rigidez da estrutura, não ocorrem deformações suficientes paramobilizar os estados de equilíbrio plástico. Experimentos com areias densas realizados por Terzaghi

mostraram que a distribuição linear de esforços, tal qual preconizado nas teorias tradicionais, temchance de ocorrer quando o muro sofre um giro em torno do seu pé (Figura 16.l0 a).Para areias compactas basta que o topo do muro se desloque cerca de 0,001 da sua altura, paraque o estado de tensões passe do repouso para o ativo. Como o deslocamento é muito pequeno, parecelícito supor que essa situação ocorre comumente nos muros de arrimo em balanço.

1. FASES DO DIMENSIONAMENTO 2. FORÇAS EXTERNAS

3. DADOS 4. CONDIÇÕES DE ESTABILIDADE

Segurança contra 1. o Tombamento 2. o Escorregamento 3. a Deformação (ruptura) excessiva do

terreno de fundação 4. a Ruptura total do conjunto muro – solo 5. EXEMPLO DE CÁLCULO

1. FASES DO DIMENSIONAMENTO: 1) Seção geométrica estável do muro 2) Armadura

2. FORÇAS EXTERNAS: P = peso do muro e da cunha de material que está sobre ele E = empuxo

de terra sobre o muro (força lateral no muro – pela Teoria de Rankine não considera o atrito muro-

solo como a Teoria de Coulomb) R = reação normal do solo sob o muro F = força de atrito na base do

muro

3. DADOS: 1. DO SOLO Î peso específico, ângulo de atrito interno e coesão. 2. DO MURO Î material

constituinte: características e peso específico.

4. CONDIÇÕES DE ESTABILIDADE:

1 - Segurança contra o tombamento

O momento do peso do muro deve ser maior que o momento do empuxo total, ambos tomados em

relação à extremidade externa C da base. A resultante de todas as forças atuantes deve passar pelo

núcleo central (terço médio da seção) da base do muro.

2 - Segurança contra o escorregamento

∑RF = somatório das forças que resistem ao deslizamento ∑SF = somatório das forças solicitantes

3 - Segurança contra deformação (ruptura) excessiva do terreno de fundação

Esta condição é satisfeita quando a maior das pressões é menor do que a pressão admissível do

terreno.

uq = capacidade de carga (ruptura) do solo de fundação 5

Quando a força R cair no núcleo central da base, o diagrama de pressões no solo será – o que é uma

aproximação – um trapézio; o terreno estará, pois, submetido apenas a tensões de compressão. As

duas equações do equilíbrio serão:

(carga aplicada no terço médio para evitar tensões de tração no concreto)

Reordenando as equações:

b V

ou ainda:

Tipo de Solo Tensão admissível de compressão do solo

Arenoso N/3 Argilo-arenoso N/4 Argiloso N/5

N = índice de penetração do solo, menor índice encontrado, considerandose todas as camadas do

solo que ficarão abaixo da base do muro.

4 - Segurança contra ruptura total do conjunto muro – solo

É analisada a possibilidade de ruptura total por cisalhamento do terreno (camada mais profunda do

conjunto muro-solo) segundo uma superfície de escorregamento ABC.

São analisadas várias superfícies de ruptura ABC até o CS mínimo ser atingido.

5. EXEMPLO DE CÁLCULO:

Verificar a estabilidade, quanto ao tombamento, ao deslizamento e a capacidade de carga do terreno

de fundação, do muro de contenção de concreto, com peso específico = 23,58 kN/m3.

Solução: 1) Quanto ao tombamento

Cálculo do empuxo:

Cálculo do momento resistente:

Seção Área (m2) Peso (kN) Braço de alavanca (m)

Momento (kN – m)

Cálculo do momento solicitante:

16,568==CS> 2 ÎOk!!

Considerando-se o empuxo passivo (a favor da segurança): Coeficiente de empuxo passivo:

Momento do empuxo passivo:

Coeficiente de segurança:

2) Quanto ao deslizamento Coeficiente de segurança:

Empuxo passivo:

Coeficiente de segurança:

Não considerando o empuxo passivo:

3) Quanto à capacidade de carga do terreno de fundação: Cálculo da excentricidade do ponto de

aplicação da carga:

tensão máxima na base do muro:

A tensão admissível do solo deve ser: