Dissertação - Carla de Resende - 2014

8/17/2019 Dissertação - Carla de Resende - 2014

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁSESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA,ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL

ESTUDO DE GRAMPOS EM CORTINAS EM

SOLOS TROPICAIS NA CIDADE DEGOIÂNIA

CARLA DE RESENDE

D0093G14

GOIÂNIA2014


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CARLA DE RESENDE

ESTUDO DE GRAMPOS EM CORTINAS EMSOLOS TROPICAIS NA CIDADE DE

GOIÂNIA

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação emGeotecnia, Estruturas e Construção Civil da Universidade

Federal de Goiás como parte dos requisitos para obtenção dotítulo de Mestre em Engenharia Civil.

Área de Concentração: Geotecnia

Orientador: Prof. Dr. Maurício Martines Sales

D0093G14

GOIÂNIA2014


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DEDICATÓRIA

Aos meus pais, pelos ensinamentos e

a meu marido Theobaldo, pelo apoio e incentivo.


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AGRADECIMENTOS

A Deus.

Ao Prof. Maurício Martines Sales, orientador desta dissertação, exemplo de dedicação.

Agradeço a todas as oportunidades concedidas, ao conhecimento transmitido, ao incentivo,

motivação, paciência.

Ao Programa de Pós-Graduação da Universidade Federal de Goiás (UFG) e ao grupo de

professores de Geotecnia pela oportunidade de realizar esta pesquisa.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pelo apoio na

bolsa concedida.

A Brookfield, por disponibilizar a obra, equipe e viabilizar a realização dos trabalhos.

A Engesol, pela execução dos grampos e disponibilização de equipe técnica.

A BMS Engenharia pelo apoio com equipamentos e pessoal para realização dos ensaios de

arrancamento.

A Sete Engenharia, pelo incentivo de realizar o mestrado.

Aos funcionários, colegas e professores, do Departamento de Geotecnia da Universidade

Federal de Goiás, que colaboraram para a realização deste trabalho.

Aos funcionários e técnicos do Laboratório de Solos do Centro Universitário de Brasília-

UniCEUB, pelo apoio concedido.

A minha família, grande incentivadora dos meus estudos.


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C.RESENDE Resumo

RESUMO

Estruturas de contenção com utilização de grampos têm sido cada vez mais empregadas nasúltimas décadas com intuito de conter grandes escavações em diversas cidades brasileiras,incluindo Goiânia. Os grampos consistem em barras de aço introduzidas em perfuraçõesinclinadas ou horizontais de pequeno diâmetro e posterior injeção de calda de cimento, deforma a garantir a estabilidade de escavações verticais pelas forças de atrito desenvolvidas nocontato solo-grampo. Sendo assim, é fundamental o conhecimento deste atrito para odimensionamento destas contenções. Existem vários métodos de cálculo propostos pordiversos autores para o dimensionamento de grampos e verificação da estabilidade dessasestruturas. O objetivo principal deste trabalho foi o de revisar alguns desses métodos decálculo, realizar ensaios de arrancamento em campo e também ensaios em laboratório comamostras retiradas de uma obra com múltiplos subsolos, para avaliar as metodologias decálculo ou parâmetros que melhor se aplicam aos solos estudados da cidade de Goiânia.Dentre as diversas proposições para estimativa da tensão cisalhante média no contato solo-grampo (qs) aquelas baseadas em ensaio SPT que obtiveram melhores resultados nestetrabalho foram o limite inferior do gráfico proposto por Ortigão e Palmeira (1997), Springer(2006) e uma proposição baseada no Método Décourt e Quaresma (1978) para atrito lateralem estacas, com o ajuste adequado do parâmetro β. Outras proposições baseadas no tipo eparâmetros do solo que apresentaram bons ajustes foram Wong (1995) e Juran et al. (1990).Foram feitas comparações entre qs e a tensão cisalhante do solo (τ s) encontrando para esta

razão valores entre 0,55 e 0,85. Como foram realizadas leituras de deslocamentos tanto nafase de carregamento quanto na fase de descarregamento, notou-se que para pequenasaplicações de carga já acontecem deformações plásticas no grampo sendo recomendado noscasos de análises numéricas em grampos a adoção de modelos elasto-plásticos. As previsõesde deformações elásticas dos grampos, baseadas em teorias de estacas apresentou uma boaaproximação dos ensaios, que entretanto apresentaram relevante deformação plástica nosensaios realizados. Os resultados de ensaios de cisalhamento em amostras indeformadas dossolos foram comparados com os ensaios de arrancamento, indicando que o fator de reduçãodos resultados de laboratório é necessário.

Palavras-chave: Solo grampeado. Cortina Grampeada. Grampos. Ensaios de arrancamento.


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C.RESENDE Lista de Figuras

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 – Mecanismo de transferência de carga em solo grampeado (modificado,

ORTIGÃO ET AL., 1993)................................................................................................. 25

Figura 2.2 – Efeito do grampo na estabilidade: a tração e a flexão (modificado,

ORTIGÃO, 1997).............................................................................................................. 26

Figura 2.3 – Efeito da flexão em grampos de vários diâmetros (modificado, ORTIGÃO

ET AL., 1995).................................................................................................................... 27

Figura 2.4 – Resultados do estudo da flexão em grampos de vários diâmetros

(ORTIGÃO ET AL., 1995)................................................................................................ 27

Figura 2.5 – Aplicações do reforço de solos com grampeamento (ORTIGÃO ET AL.,

1993).................................................................................................................................. 27

Figura 2.6 – Detalhes de grampos mais comuns (ORTIGÃO ET AL., 1993)................... 29

Figura 2.7 – Correlação entre qs, Pl, Nspt, para areias (modificado, BUSTAMANTE;

DOIX, 1985)...................................................................................................................... 30

Figura 2.8 – Correlação entre qs, Pl, Nspt, para argilas e siltes (modificado,

BUSTAMANTE; DOIX, 1985)......................................................................................... 31

Figura 2.9 – Correlação entre qs e o índice Nspt (modificado, ORTIGÃO, 1997)............. 34

Figura 2.10 – Correlação entre qs e o índice Nspt (modificado, ORTIGÃO;PALMEIRA,

1997).................................................................................................................................. 34

Figura 2.11 – Resultado dos ensaios de arrancamento (PITTA; ZIRLIS, 2000)............... 38

Figura 2.12 – Curvas carga x deslocamento para grampos curtos (a) e longos (b)

(SILVA ET AL.,2008)....................................................................................................... 40

Figura 2.13 – Curvas carga x deslocamento para grampos com bainha (a) e bainha com

injeção (b) (SILVA ET AL., 2008).................................................................................... 40


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Figura 3.10 – Vista com grampos GM1 ao GM6 e reinjeção de calda de cimento no

grampo GM6...................................................................................................................... 61

Figura 3.11 – Modelo para realização dos ensaios de arrancamento (modificado,ORTIGÃO, 1997).............................................................................................................. 62

Figura 3.12 – Sistema montado para ensaio de arrancamento no grampo GM1............... 63

Figura 3.13 - Sistema montado para ensaio de arrancamento no grampo GM4................ 63

Figura 3.14 – Amostra indeformada na profundidade 8,50 m........................................... 65

Figura 4.1 – Curva Granulométrica para amostra na profundidade 3,50 m...................... 69

Figura 4.2 – Curva Granulométrica para amostra na profundidade 8,50 m...................... 70

Figura 4.3 – Fase de consolidação de uma amostra indeformada inundada...................... 72

Figura 4.4 – Tensão cisalhante x Deslocamento Horizontal, condição natural (silte

arenoso).............................................................................................................................. 73

Figura 4.5 - Tensão cisalhante x Deslocamento Horizontal, condição natural (areia

argilosa)............................................................................................................................. 73

Figura 4.6 - Envoltória de resistência das amostras retiradas na profundidade de 3,50 m 74

Figura 4.7 - Envoltória de resistência das amostras retiradas na profundidade de 8,50 m 74

Figura 4.8 – Gráfico Força x Deslocamento para 1ª. Linha de grampos........................... 76

Figura 4.9 - Gráfico Força x Deslocamento para 2ª. Linha de grampos............................ 77

Figura 4.10 - Gráfico Força x Deslocamento para 1ª. Linha de grampos (modificado).... 77

Figura 4.11 – Extrapolação da carga de ruptura do grampo GM2 utilizando-se Van Der

Veen (1953)....................................................................................................................... 78

Figura 4.12 – Gráfico de Rigidez para o grampo GM2 utilizando-se Van Der Veen

(1996)................................................................................................................................. 79

Figura 4.13 – Gráfico Força x Deslocamento do grampo GM2 com trechos medido e

extrapolado......................................................................................................................... 80


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Figura 4.14 - Comparação entre resultados obtidos e estimados para qs por Bustamante

e Doix (1985)..................................................................................................................... 82

Figura 4.15 – Resultados dos ensaios plotados no gráfico proposto por Ortigão ePalmeira (1997).................................................................................................................. 83

Figura 4.16 – Comparação entre resultados obtidos e estimados de qs para grampo

GM1................................................................................................................................... 84


GM2................................................................................................................................... 84

Figura 4.18 – Comparação entre resultados obtidos e estimados de qs para grampoGM3................................................................................................................................... 84

Figura 4.19 – Comparação entre resultados obtidos e estimados de qs para grampos

GM4 e GM6....................................................................................................................... 85


GM5................................................................................................................................... 85

Figura 4.21 – Correlação entre qs e τ s para o solo estudado ............................................. 89

Figura 4.22 – Deslocamento elástico e plástico do grampo GM1..................................... 91






Figura B.1 – Curva de calibração do manômetro.............................................................. 124


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C.RESENDE Lista de Tabelas

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Valores típicos de tensão cisalhante solo-grampo (modificado, JURAN

ET AL., 1990).................................................................................................................... 32

Tabela 2.2 – Valores estimados de qs para solos não coesivos (modificado, BYRNE ET

AL., 1996).......................................................................................................................... 33

Tabela 2.3 - Valores estimados de qs para solos coesivos (modificado, BYRNE ET

AL., 1996).......................................................................................................................... 33

Tabela 2.4 - Valores de β em função do tipo de estaca e solo (DÉCOURT, 1996).......... 37

Tabela 2.5 – Valores de qs para os grampos ensaiados por Pitta e Zilis (2000)................ 38

Tabela 2.6 – Resumo dos resultados obtidos nos ensaios de arrancamento (modificado,

SILVA ET AL., 2008)....................................................................................................... 40

Tabela 2.7 – Valores de qs para os grampos ensaiados por Souza et al. (2005)................ 41

Tabela 2.8 – Valores típicos do coeficiente de Poisson (TEIXEIRA;GODOY, 1996)..... 50

Tabela 2.9 – Valores médios obtidos nos ensaios com calda de cimento

(MAGALHÃES M., 2005)................................................................................................ 52

Tabela 4.1 – Frações granulométricas das amostras analisadas nas profundidades de

3,50 m e 8,50 m................................................................................................................. 70

Tabela 4.2 – Limites de consistência e massa específica dos grãos.................................. 71

Tabela 4.3 – Parâmetros de resistência do solo................................................................. 75

Tabela 4.4 – Comparação entre umidade e grau de saturação das amostras de areia

argilosa............................................................................................................................... 75

Tabela 4.5 – Valores de qs para os grampos ensaiados...................................................... 81

Tabela 4.6 – Comparação entre qs e τ s............................................................................... 88


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C.RESENDE Lista de Tabelas

Tabela 4.7 – Deformação elástica nos grampos................................................................ 91

Tabela A.1 – Ensaio de arrancamento GM1...................................................................... 102






Tabela B.1 – Leituras realizadas durante calibração do manômetro................................. 124


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C.RESENDE Lista de Abreviaturas e Siglas

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABEF – Associação Brasileira de Estruturas de Fundações

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

AR-01 – Ensaio de arrancamento 01 na cota 35m, executado por Silva (2005)

AR-04 - Ensaio de arrancamento 04 na cota 17,5m, executado por Silva (2005)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

CLOUTERRE – French National Project CLOUTERRE

CP II-E-32 – Cimento Portland do tipo composto com escória

E – Estaca

F.S – Fator de segurança

GM1 – Grampo 1 localizado na cota +97,43, entre estacas E221 e E222

GM2 – Grampo 2 localizado na cota +97,43, entre estacas E217 e E218GM3 – Grampo 3 localizado na cota +97,43, entre estacas E211 e E212

GM4 – Grampo 4 localizado na cota +94,94, entre as estacas E224 e E225

GM5 – Grampo 5 localizado na cota +94,94, entre as estacas E216 e E217

GM6 – Grampo 6 localizado na cota +94,94, entre estacas E212 e E213

IGU – L'injection globalement unique. Injeção em um único estágio

IRS - L'injection répétitive et sélective. Injeção em vários estágios

Manôm. - Manômetro

min - Minuto

MPa – Megapascal

M1-06 – Ensaio de arrancamento 06 na obra do Museu 1, executado por Springer (2006)

M1-08 - Ensaio de arrancamento 08 na obra do Museu 1, executado por Springer (2006)



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C.RESENDE Lista de Abreviaturas e Siglas



M2-01 – Ensaio de arrancamento 01 na obra do Museu 2, executado por Springer (2006)N.A – Nível d’água

NBR – Norma Brasileira

pH – Potencial de hidrogênio

Prof. – Professor

PVC – Policloreto de vinila

RJ – Rio de Janeiro

SP - São Paulo

SPT – Standard Penetration Test

UFG – Universidade Federal de Goiás

UniCEUB - Centro Universitário de Brasília


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C.RESENDE Lista de Símbolos

LISTA DE SÍMBOLOS

a/c – Relação água e cimento

a – forma da curva carga versus recalque, Van Der Veen (1953)

c – Coesão do solo

cn – Coesão do solo para a condição natural

ci – Coesão do solo para a condição inundada

cm - Centímetro

cm2 – Centímetro quadrado

cm3 – Centímetro cúbico

d – Diâmetro da barra de aço

d g - Diâmetro do grampo

f cb – Resistência de aderência de cálculo entre a armadura e o concreto

f ctk,inf – Resistência à tração indireta do concreto

f yk – Resistência característica à tração do aço

g - Grama

kgf – Quilograma força

kN - Quilonewton

kPa – Quilopascal

kPa - Quilopascal

m – Metro

m2 – Metro quadrado

m3 – Metro cúbico

ml - Mililitro

mm - Milímetro


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ql – Atrito lateral nas estacas, proposta por Décourt e Quaresma (1978)

qs – Tensão cisalhante média no contato solo-grampo

r – Medida radial do ponto onde se deseja conhecer o recalque

r o – Raio da estaca

r m – Máximo raio de influência da tensão cisalhante

t – tempo

w – deslocamento correspondente à carga P

wi – Umidade inicial da amostra de solo

w f – Umidade final da amostra de solo

wL – Limite de liquidez

wP – Limite de plasticidade

ws – Recalque do solo ao longo do fuste ou deslocamento devido atrito lateral no contato solo-

grampo

wt – Deslocamento elástico total do grampo

Aa – Área de aço da barra

Ac – Área da seção transversal do grampo

C a – Adesão solo-grampo

CA – Classe do aço

E a – Módulo de elasticidade do aço

E c – Módulo de elasticidade do concreto

E s – Módulo de elasticidade do solo

F o – Carga inicial do ensaio de arrancamento

F t – Carga de trabalho do grampo

G – Módulo cisalhante do solo

GPa – Gigapascal

IP – Índice de Plasticidade


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ϕ - Correlação entre q s e τ s ρ g – Massa específica dos grãos

σc - Resistência à compressão da calda de cimento

σh - Tensão horizontal contra a superfície lateral da estaca

σt - Resistência à tração da calda de cimento

σn - Tensão normal

σvg - Tensão vertical no ponto médio do grampo

τ cb – Tensão cisalhante na barra de aço

τ l – Atrito lateral nas estacas

τ max – Tensão cisalhante máxima

τ o – Tensão cisalhante máxima na direção radial

τ s – Tensão cisalhante do solo

- Coeficiente de Poissonς - Fator que representa a resistência da estaca receptora a recalques


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C.RESENDE Sumário

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 22

1.1. OBJETIVOS DO TRABALHO ................................................................................... 23

1.2. ESTRUTURA DO TRABALHO ................................................................................. 23

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 25

2.1. EFEITOS DO PROCESSO DE INJEÇÃO ................................................................ 37

2.2. DISTRIBUIÇÃO DE CARGA NOS GRAMPOS ...................................................... 42

2.3.

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA DOS GRAMPOS ....................................................... 47

3. METODOLOGIA ......................................................................................................... 53

3.1. DESCRIÇÃO DO LOCAL .......................................................................................... 53

3.2.

DESCRIÇÃO DO SOLO .............................................................................................. 55

3.3. EXECUÇÃO DOS GRAMPOS ................................................................................... 56

3.4. ENSAIOS DE ARRANCAMENTO ............................................................................ 61

3.5. ENSAIOS DE LABORATÓRIO ................................................................................. 64

3.5.1. Granulometria ............................................................................................................... 66

3.5.2. Limites de Atterberg ..................................................................................................... 66

3.5.3. Massa Específica ........................................................................................................... 67

3.5.4. Cisalhamento direto ...................................................................................................... 67 4. RESULTADOS .............................................................................................................. 69

4.1. RESULTADOS DOS ENSAIOS LABORATORIAIS ............................................... 69

4.1.1. Granulometria ............................................................................................................... 69

4.1.2. Limites de Atterberg e Massa Específica .................................................................... 71

4.1.3. Cisalhamento direto ...................................................................................................... 72

4.2. RESULTADOS DOS ENSAIOS DE ARRANCAMENTO ....................................... 76

4.3. ANÁLISE DOS RESULTADOS .................................................................................. 78


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C.RESENDE Sumário

4.3.1. Comparação entre resultados obtidos e previstos por métodos empíricos .............. 81

4.3.2. Comparação entre resultados obtidos e de laboratório ............................................. 87

4.3.3. Deformação elástica dos grampos................................................................................ 89

4.3.4. Outras análises .............................................................................................................. 94

5. CONCLUSÃO ............................................................................................................... 95

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 98

APÊNDICE A ....................................................................................................................... 102

APÊNDICE B ........................................................................................................................ 124


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C.RESENDE Capítulo 1

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

O reforço de solos é uma técnica que tem sido utilizada nas últimas décadas com o intuito de

viabilizar a execução de obras geotécnicas que seriam inviáveis ou muito caras na situação

original. Dentre estas obras, pode-se citar estabilização de taludes e viabilização de grandes

escavações. Algumas das técnicas empregadas em obras com escavações são: aterros com

geossintéticos, solos grampeados e cortinas com tirantes. Dentre estes, destaca-se o solo

grampeado por sua empregabilidade apresentar-se em expansão em todo o mundo.

Um projeto desenvolvido na França entre os anos de 1986 e 1990, amplamente conhecido

como “Projeto Clouterre”, objetivou estudar o Solo Grampeado. Após 5 anos de estudos e

ensaios, onde fizeram parte deste projeto órgãos do governo francês, empresas de construção,

executores, laboratórios, universidades, foi editado um manual com informação sobre como

projetar, calcular, construir e avaliar solos grampeados, o que facilitou a disseminação desta

tecnologia para o público nacional e internacional.

Já na década de 70 os franceses tinham desenvolvido técnicas de muros em aterros reforçados

com tiras metálicas com face de placas de concreto pré-moldado, conhecidas como “Terra

Armée” (Terra Armada, também conhecida por Aterro Reforçado). Ainda na década de 70, os

franceses desenvolveram a técnica “terre clouée”, que foi denominada pelos ingleses de “Soil

Nailing”, no Brasil esta técnica é conhecida pelo nome de Solo Grampeado.

Nas últimas décadas têm-se utilizado cada vez mais o solo grampeado no Brasil. Nesta

técnica, uma malha de grampos é utilizada para estabilização de escavações e taludes. Nos

últimos anos, os grampos foram adaptados em estruturas de contenção tipo estacas justapostas

ou perfis metálicos, onde foram interligados a estas estruturas para auxiliar na estabilidade das

mesmas, sendo criada uma nova técnica de contenção denominada Cortinas Grampeadas. Esta

técnica se diferencia de solos grampeados pois nela os grampos por si só não estabilizam as

escavações, fazendo-se necessário sua associação a estruturas de contenção dimensionadas

para esta finalidade.


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D0093G14: Estudo de grampos em cortinas em solos tropicais na cidade de Goiânia 23


No Brasil tem sido crescente a utilização de cortinas grampeadas nos grandes centros urbanos

de forma atender as construções residenciais e comerciais com número de pavimentos cada

vez maior e utilização de dois ou mais subsolos em suas obras e também para suprir a

demanda por vagas de garagem.

As cortinas grampeadas possuem algumas vantagens quando comparadas a obras de

contenção equivalentes por apresentarem baixo custo e alta velocidade de execução pois

trabalham com equipamentos leves e de fácil manuseio para perfuração e injeção, permitindo

alta velocidade de execução, consequentemente uma boa produção.

1.1. OBJETIVOS DO TRABALHO

Existem vários métodos de cálculo propostos por diversos autores para o dimensionamento de

grampos e verificação da estabilidade dessas estruturas. O objetivo principal deste trabalho foi

revisar alguns destes métodos de cálculo, realizar ensaios de arrancamento executados em

solos tropicais na cidade de Goiânia, avaliando a aplicabilidade de cada metodologia no tipo

de solo em questão.

Os objetivos específicos da pesquisa são:

♦ Obter parâmetros de resistência e caracterização do solo de uma obra com cortina

grampeada;

♦ Obter parâmetros de tensão cisalhante média no contato solo-grampo (qs) e a força

última/máxima do ensaio de arrancamento (Tmáx.).

1.2. ESTRUTURA DO TRABALHO

A dissertação foi estruturada de forma a dar uma visão sobre os conceitos e métodos de

cálculo utilizados para previsão do parâmetro de tensão cisalhante média no contato solo-

grampo (qs), apresentação dos resultados dos ensaios de laboratório e de campo, análise dos

resultados e conclusões. Os capítulos foram organizados da seguinte forma:

♦ Capítulo 1: Introdução: aborda o que será exposto no trabalho, incluindo os

objetivos principais e específicos e o detalhamento da estrutura do trabalho.


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♦ Capítulo 2: Revisão Bibliográfica: faz uma revisão de forma sucinta sobre as

proposições de alguns autores para estimativa do parâmetro de tensão cisalhante

média no contato solo-grampo (qs).

♦ Capítulo 3: Metodologia: traz as principais informações sobre a obra analisada e

os ensaios executados. Apresenta a metodologia adotada para a execução dos

ensaios de arrancamento e ensaios de laboratório.

♦ Capítulo 4: Resultados: Apresentação dos resultados obtidos nos ensaios de

laboratório e de arrancamento. Estudo comparativo entre os resultados obtidos e

previstos para os grampos.

♦

Capítulo 5: Conclusão: conclusões e sugestões para futuros trabalhos.


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CAPÍTULO 2

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo são descritos os métodos propostos por alguns autores para os cálculos de

grampos e previsão do parâmetro de tensão cisalhante média no contato solo-grampo (qs).

O grampeamento do solo, conforme relata Ortigão et al. (1993), é uma técnica de reforço

obtido por meio da inclusão de elementos resistentes à flexão composta, denominados

grampos, que podem ser barras de aço, barras sintéticas de seção cilíndrica ou retangular,micro estacas, ou em casos especiais, estacas, no maciço de solo. Estes grampos são

instalados sub horizontalmente, de forma a introduzir esforços resistentes de tração e

cisalhamento, sendo este último, resultante da consideração de flexão composta nos grampos.

Kochen (2003) relata que este tipo de contenção tem sido bastante utilizado no Brasil desde o

início da década de 70.

Nos solos grampeados, como os grampos não possuem trecho livre, eles transferem tensões aosolo ao longo de todo o seu comprimento. A força máxima (Tmáx.) mobilizada ao longo do

grampo, apresentada na Figura 2.1, ocorre na interface entre as zonas ativa e resistente que

surge devido um pequeno deslocamento horizontal da face do maciço, causado pela escavação

lateral do terreno.

A zona ativa é uma região instável, sujeita a deslizamentos. Já na zona passiva ou

zona resistente, o maciço não apresenta movimentações significativas. Estas zonas

são delimitadas por uma superfície de ruptura, que é definida pela união dos pontosde força de tração máxima em cada grampo. (LIMA, 2009, p.16).

Figura 2.1 – Mecanismo de transferência de carga em solo grampeado (modificado, ORTIGÃO ET AL., 1993).


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Figura 2.3 – Efeito da flexão em grampos de vários diâmetros (modificado, ORTIGÃO ET AL., 1995).

Figura 2.4 – Resultados do estudo da flexão em grampos de vários diâmetros (ORTIGÃO ET AL., 1995).

A Figura 2.5(a) mostra um caso em que a aplicação de solo grampeado para estabilização de

taludes gera primordialmente esforços de cisalhamento no reforço. Já no caso da Figura

2.5(b), onde os grampos atuam na contenção de escavações, eles são fundamentalmente

solicitados à tração, podendo haver alguma contribuição de cisalhamento.

Figura 2.5 – Aplicações do reforço de solos com grampeamento (ORTIGÃO ET AL., 1993).

(a) (b)


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Nos últimos anos, os grampos foram adaptados em estruturas de contenção tipo estacas

justapostas ou perfis metálicos, onde foram interligados a estas estruturas para auxiliar na

estabilidade das mesmas, sendo criada uma nova técnica de contenção denominada Cortinas

Grampeadas.

As cortinas grampeadas se diferenciam de solos grampeados pois nelas os grampos por si só

não estabilizam as escavações, fazendo-se necessário sua associação a estruturas de contenção

dimensionadas para esta finalidade.

Apesar de ser uma técnica que vem sendo bastante utilizada nos últimos anos no Brasil, há

poucos relatos na literatura sobre cortina grampeada.

A estrutura de contenção em balanço tipo estacas justapostas grampeadas está sendo

bastante utilizada em Brasília devido a agilidade, economia, eficiência e praticidade.

(MEDEIROS et al., 2010, 8p).

Silva e Dell’Avanzi (2010) estudaram o comportamento de cortinas grampeadas a partir de

modelos reduzidos por ser uma técnica que vem sendo utilizada cada vez mais na cidade de

Curitiba.

Alguns autores, ao trabalharem com este tipo de contenção, buscam informação sobre

grampos e ensaios de arrancamento em estruturas de solo grampeado. Nas contenções em

cortinas grampeadas, os grampos atuam de forma semelhante ao proposto na Figura 2.5(b).

Com base no que foi exposto, os grampos serão analisados neste trabalho, como resistindo

apenas a esforços de tração, sendo desconsiderados os efeitos de flexão.

Ainda segundo Ortigão et al. (1993), a técnica mais comum para execução de grampos é a

perfuração do terreno com diâmetro entre 50 mm a 100 mm onde introduz-se uma ou duasbarras de aço com diâmetro entre 13 mm e 20 mm, ilustrado na Figura 2.6(b) ou uma barra

com diâmetro maior que 20 mm, caso da Figura 2.6(a), seguido de injeção de calda de

cimento com pressões baixas, inferiores a 100 kPa.


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Figura 2.6 – Detalhe de grampos mais comuns (ORTIGÃO ET AL., 1993).

Uma propriedade muito importante no sistema de contenção em cortina grampeada é a tensão

cisalhante média desenvolvida na interface entre o grampo e o solo circundante (qs). Aquantificação deste parâmetro, segundo Silva et al. (2008), é de extrema importância para

projetos mais seguros e econômicos uma vez que estes tipos de reforços trabalham

basicamente à tração. Desta forma, quanto maior o valor de qs melhor será o desempenho do

grampo na estabilidade do sistema.

Diversos pesquisadores têm apresentado métodos analíticos e diferentes correlações empíricas

e semi empíricas baseadas em ensaios de campo e laboratório. A grande dificuldade

encontrada por estes pesquisadores é a de se determinar o valor de qs, desta forma, é de

extrema importância a realização de ensaios de arrancamento para previsão deste parâmetro.

No Brasil não há norma que regulamente a realização dos ensaios de arrancamento em

grampos. A partir destes ensaios é possível determinar o valor de qs por meio da Equação

(2.1).

= á.. . (2.1)

onde:

qs = tensão cisalhante média na interface solo-grampo (kPa);

T máx. = carga última/máxima do ensaio de arrancamento (kN);

d g = diâmetro do grampo (m);

(a) (b)


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L= comprimento do grampo no trecho injetado (m).

Quando no ensaio de arrancamento atinge-se a ruptura no contato solo-grampo, o qs obtido

neste ensaio é a tensão cisalhante média última. Nos casos de ensaios onde a ruptura do solonão é atingida, o qs obtido é a tensão cisalhante média máxima mobilizada no ensaio.

Vários fatores podem influenciar a tensão cisalhante de interface, sendo os principais:

♦ Variabilidade do solo;

♦ Método construtivo do grampo (escavado, perfuração rotativa, hélice, etc.);

♦ Variações físicas e geométricas dos grampos (tipo da barra de aço, inclinação do

reforço, diâmetro do grampo, injeções ou não de calda de cimento, etc);

♦ Níveis de tensões atuantes.

Bustamante e Doix (1985), após a realização de diversos ensaios de arrancamento em

ancoragens com somente um estágio de injeção (IGU) e vários estágios de injeção (IRS),

diâmetros das ancoragens variando entre 75 mm e 242 mm, apresentam seus resultados

plotados em um gráfico que correlaciona qs com a pressão limite do pressiômetro de Ménard

(Pl) e com o índice de resistência à penetração Nspt. Os gráficos estão separados por tipo desolo, a Figura 2.7 apresenta os resultados dos ensaios em areia e a Figura 2.8 os resultados dos

ensaios em argilas e siltes.

Figura 2.7 – Correlação entre qs, Pl, Nspt, para areias (modificado, BUSTAMANTE; DOIX, 1985).


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Analisando os gráficos das Figura 2.7 e 2.8 nota-se uma dispersão grande dos resultados. Esta

dispersão pode ser devido a heterogeneidade dos solos onde as ancoragens foram executadas.

Os autores ressaltam a importância de ensaios de arrancamento no local da obra e que as

correlações propostas são válidas apenas para os solos estudados.

Figura 2.8 – Correlação entre qs, Pl, Nspt, para argilas e siltes (modificado, BUSTAMANTE; DOIX, 1985).

Wong (WONG, 19951, citado por CHU e YIN, 2005) propôs a Equação (2.2) para calcular a

carga de arrancamento por metro linear de grampo. A primeira parcela da equação

corresponde à resistência por adesão do grampo por metro linear e a segunda parcela à

resistência ao atrito por metro linear de grampo. A adesão corresponde à resistência inicial da

ancoragem antes do deslizamento e o atrito é a resistência desenvolvida após os primeiros

deslizamentos.

onde:

T L = carga última/máxima de arrancamento por metro linear de grampo (kN/m);


1WONG, H.Y., Soil Nails Design Manual for Slopes (with Worked Example), Architectural Services Departament , [s.l], [s.n], 1995.

= . . ! 2 . . "#.$%&φ' ( = á. (2.2)


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c = coesão do solo (kPa);

σ vg= tensão vertical no ponto médio do grampo (kN/m2);

φ = ângulo de atrito interno do solo (o);


L = comprimento do grampo no trecho injetado (m).

A metodologia apresentada por Juran et al. (1990), conhecida como Método Cinemático, é

uma proposta para o cálculo de solo grampeado. Parte desta metodologia trata da questão

referente ao dimensionamento do comprimento de ancoragem do grampo. Faz-se necessário,

para tanto, o conhecimento da tensão cisalhante no contato entre solo e grampo. A Tabela 2.1

fornece valores típicos de tensão cisalhante solo-grampo propostos pelos autores. Os autores

afirmam que o ideal nestes casos é a realização prévia, ou no início e ao longo da obra, de

ensaios de arrancamento.

Tabela 2.1-Valores típicos de tensão cisalhante solo-grampo (modificado, JURAN ET AL.,1990).

Método Construtivo Tipo de solo Tensão cisalhante solo-grampo (kPa)Perfuração rotativa Areia Siltosa 95-191

Silte 57-76Residual (Peidmont) 71-119

Coluvionar fino 71-143

Coluvionar grosseiro 95

Areia/pedregulho 287-430

Perfuração encamisada Areia 287

Areia/pedregulho 191-239

Pedregulho 287-430

Moraine densa 383-574

Coluvionar 95-191

Hélice Areia 383

Areia/pedregulho 957

Escavada Areia siltosa 19-28

Areia siltosa fina 81-105

Areia silto-arenosa 119-239

Argila mole 19-28

Argila dura 38-57

Silte arenoso 38-95

Calcário argilo-arenoso 191-287Perfuração encamisada Silte arenoso 86-143

Perfuração rotativa Argila siltosa 33-45


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Byrne et al. (1996) sugerem alguns valores para serem utilizados, na ausência de ensaios de

arrancamento, como estimativas iniciais para o parâmetro qs, tanto para solos coesivos quanto

para solos não coesivos, conforme apresentado nas Tabelas 2.2 e 2.3 respectivamente.

Tabela 2.2-Valores estimados de qs para solos não coesivos (modificado, BYRNE ET AL.,1996).

Tipo de solo qs (kPa)

Silte não plástico 20 a 30

Areia pouco compacta e/ou

Areia siltosa e Silte arenoso50 a 75

Areia siltosa compactac/pedregulhos

80 a 100

Areia siltosa muito compacta c/

pedregulho

120 a 240

Tabela 2.3-Valores estimados de qs para solos coesivos (modificado, BYRNE ET AL.,1996).

Tipo de solo qs (kPa)

Argila rija 40 a 60

Argila siltosa rija 40 a 100

Argila arenosa rija 100 a 200

A Equação (2.3) foi proposta por Ortigão (1997), com base em ensaios de arrancamento

realizados em São Paulo, Rio de Janeiro e Brasília. Os grampos ensaiados foram executados

em furos com diâmetros variando entre 75 mm e 150 mm com injeção de calda de cimento

sem pressão. Esta proposição correlaciona os resultados dos ensaios de arrancamento com o

índice Nspt do ensaio SPT (Standard Penetration Test ), podendo ser útil para uma estimativa

preliminar do desempenho dos grampos.

= ) * ! + , ) / 0 ( %4 (2.3)

onde:

qs = tensão cisalhante média na interface solo-grampo (kPa);

N spt. = número de golpes do ensaio SPT

São apresentados na Figura 2.9 os resultados dos ensaios de arrancamento usados para

construir a correlação em Ortigão (1997). O autor também ressalta que os resultados

apresentam uma dispersão grande em função dos diferentes procedimentos empregados para

execução dos grampos.


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0

100

200

300

400

0 10 20 30 40

q s ( k P a )

Nspt

Silte arenoso, SPArgila arenosa, RJ

Argila porosa de Brasília

Siltes (ardósia) Águas Claras,DF

Silte arenoso, SPRelação sugeridaqs = 50 + 7.5 Nspt

qs = 98 + 8. 4Nspt (r2 = 0.51)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 10

q s

( k P a )

N spt

Argila porosa, Brasília

Silte (saprólito de ardósia),Brasília

Silte arenoso, São Paulo

Silte arenoso, São Paulo

Silte arenoso, Rio de Janeiro

qs = 67 + 60 ln( N spt )

r2 = 0 624

limite inferior sugerido

90% limiteinferior deconfiança

Figura 2.9 – Correlação entre qs e o índice Nspt (modificado, ORTIGÃO,1997).

Ortigão e Palmeira (1997), a partir de novos ensaios de arrancamento, apresentados na Figura

2.10, sugeriram uma correlação de qs com N spt , apresentada na Equação (2.4). Esta

proposição é válida para estimativa de qs com base no N spt dos solos estudados em particular,

devendo ser confirmados com ensaios de arrancamento realizados posteriormente.

Figura 2.10 – Correlação entre qs e o índice Nspt (modificado, ORTIGÃO; PALMEIRA,1997).

= 5+!5*.6&0-/4 (qs em kPa) (2.4)

Em função da grande dispersão dos resultados apresentados na Figura 2.10, os autoressugerem as retas que delimitam o limite inferior de qs para os resultados apresentados.


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Com base em retro análises de vários ensaios de arrancamento realizados em obras na região

do Distrito Federal, Martins (2012) propôs a Equação (2.5) para o cálculo dos comprimentos

dos grampos, com diâmetros de perfuração de 0,10 e 0,15 m. A equação proposta é baseada

no Método de Teixeira, concebida para tirantes passivos. O autor propõe que a adesão solo-

grampo seja calculada com base em resultados do ensaio SPT, conforme apresentado na

Equação (2.6).

= 78á9.:,;:[email protected] (2.5)

onde:

L p = comprimento do grampo atrás da provável superfície de ruptura (m);



C a = adesão solo-grampo (kPa);

N spt. = número de golpes do ensaio SPT;

K = fator de correção de tirante ativo para grampo (K = 0,531 para d g = 0,10m e K = 0,354

para d g = 0,15m).

FG =31,2)!H,5I -/ 0FG ( %4 (2.6)

Como nesta pesquisa a maioria das proposições estão calculadas em relação ao parâmetro qs,

a equação proposta por Martins (2012) será reorganizada e apresentada na Equação (2.7), em

função do cálculo deste parâmetro.

= *,I*.FG. -/. J 0 ( %4 (2.7)

Nos grampos os esforços são transferidos ao solo por meio do atrito desenvolvido no contato

solo-grampo, esta transferência é semelhante ao atrito lateral desenvolvido nas estacas.

Há na literatura métodos teóricos e semiempíricos para estimar o atrito lateral em estacas.

Entre os métodos teóricos será apresentado o método proposto por Veloso e Lopes (2010).


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Segundo Velloso e Lopes (2010), o atrito lateral nas estacas é analisado de forma análoga à

resistência ao deslizamento de um sólido em contato com o solo. Desta forma, este atrito pode

ser calculado por meio da Equação (2.8).

KL = % ! "M. tNnO (2.8)

onde:

τ l = atrito lateral nas estacas (kPa);

a = aderência entre a estaca e o solo (kPa);

σ h = tensão horizontal contra a superfície lateral da estaca (kN/m2);

O = ângulo de atrito entre a estaca e o solo (o);

Os parâmetros de coesão e ângulo de atrito podem ser determinados a partir de ensaios de

resistência ao cisalhamento, realizados em laboratório.

Alguns autores propuseram métodos semiempíricos para calcular o atrito lateral unitário em

estacas utilizando os resultados dos ensaios SPT. Dentre estes métodos destaca-se o métodoproposto por Décourt e Quaresma (1978) por ser bastante difundido e utilizado na prática da

engenharia.

Inicialmente, Décourt e Quaresma (1978) propuseram a Equação (2.9) para o cálculo de ql de

uma estaca padrão e posteriormente Décourt (1996) alterou esta equação, acrescentando o

coeficiente β, a fim de estender os cálculos da estaca padrão para outros tipos de estaca. Os

valores de β estão definidos na Tabela 2.4 e variam em função do tipo de estaca e tipo de solo.

A nova proposta de ql está definida na Equação (2.10).

L = P1* . Q-/

3 ! 1RS(2.9)

L = P1* . Q-/

3 ! 1RS .T(2.10)

onde:


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ql = atrito lateral nas estacas (kPa);

β = coeficiente adotado em função do tipo de estaca e tipo de solo.

Tabela 2.4 – Valores de β em função do tipo de estaca e solo (DÉCOURT, 1996).

Tipo de estaca

Tipo de soloEscavada em

geralEscavada

(bentonita)Hélice

contínuaRaiz

Injetadas sobaltas pressóes

Argilas 0,80 0,90* 1,00* 1,50* 3,00*

Solos intermediários 0,65 0,75* 1,00* 1,50* 3,00*

Areias 0,50 0,60* 1,00* 1,50* 3,00*

*valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis.

Como o grampo trabalha de forma semelhante a uma estaca submetida à tração, a tensão

cisalhante média desenvolvida entre o grampo e solo (qs) é similar ao atrito lateral

desenvolvido por uma estaca (τ l e ql), sendo assim é feito na parte de Análise de Resultados

uma comparação entre os resultados de qs obtidos nos ensaios e os previstos para atrito lateral

por meio da Equação (2.10).

2.1. EFEITOS DO PROCESSO DE INJEÇÃO

Um fator importante durante a execução dos grampos é a injeção da calda de cimento. Com o

intuito de estudar e avaliar o efeito desta injeção, Pitta e Zirlis (2000) executaram ensaios de

arrancamento em grampos com e sem injeção em dois tipos de solo: silto argiloso e argilo

arenoso.

A primeira etapa de preenchimento do grampo, denominada bainha, é realizada sem pressão

de injeção, apenas para preenchimento do furo com a calda de cimento e inserção daarmadura. Após o início de cura desta calda, faz-se uma ou mais reinjeções de calda de

cimento, sob pressão, através de válvulas que permitem a reinjeção com um fluxo, em sentido

único, do fundo para a boca do furo.

Os grampos ensaiados no trabalho de Pitta e Zirlis (2000) foram perfurados com diâmetro de

75mm, inclinação de 5o com a horizontal. Tanto a bainha quanto a injeção foram executadas

com calda de cimento fator água/ cimento (a/c) igual a 0,50 (em peso). A barra de aço

utilizada foi CA 50 diâmetro 20 mm, com comprimentos de 4,0m no solo silto argiloso e 6,0


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m no solo argilo arenoso. Os resultados dos ensaios realizados por estes autores estão

apresentados na Figura 2.11.

Com base nos resultados obtidos nestes ensaios, é apresentado na Tabela 2.5 os valores de qs para cada grampo. Para este cálculo foi utilizada a Equação (2.1), onde o diâmetro do furo foi

considerado o nominal e o valor de Tmáx. o valor da carga de ruptura obtida nos ensaios.

Figura 2.11 – Resultado dos ensaios de arrancamento (PITTA; ZIRLIS, 2000).

Tabela 2.5-Valores de qs para os grampos ensaiados por Pitta e Zirlis (2000).

Solo/L Grampo Carga de qs (kPa) Média de qs

S i l t o a r g i l o s o L = 4 , 0 m

Só bainha

1 77 82

82

2 77 823 84 894 77 825 70 746 77 82

Bainha +

1 fase deinjeção

7 119 1261268 112 119

9 119 12610 126 134

A r g i l o a r e n o s o L = 6 , 0 m

Só bainha

1 98 69

713 98 695 105 747 105 749 98 69

Bainha +

1 fase deinjeção

2 161 114

1084 147 1046 161 1148 140 9910 154 109


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A análise dos resultados mostra um ganho médio em torno de 50% na capacidade de

aderência solo-grampo, ao comparar grampos injetados e não injetados. Nota-se também que

os grampos com comprimentos menores tiveram resultados melhores que os grampos

maiores, talvez em função da alteração do tipo de solo.

Após os ensaios, o talude foi escavado e os grampos ficaram expostos, constatando-se que as

fissuras e vazios do solo próximo ao contato foram preenchidos pela injeção, promovendo

desta forma o seu adensamento. Os autores concluíram portanto, que ao injetar um grampo,

além das melhorias na capacidade de aderência do mesmo, são propiciadas melhorias como

adensamento do solo e colagem de fissuras.

Outro estudo realizado com o intuito de analisar e estudar o efeito da injeção na aderência

solo-grampo foi desenvolvido por Silva et al. (2008). Os ensaios foram realizados em um solo

residual jovem na região de Santo André-SP, com Nspt variando entre 3 e 9 golpes. Foi

utilizado o procedimento de lavagem no furo, perfurado com 75 mm de diâmetro e inclinação

média de 10º com a horizontal. As barras de aço utilizadas foram CA 50, diâmetro 25 mm

com comprimentos de 3,0 m (grampos curtos) ou 6,0 m (grampos longos), já descontados os

trechos livre e de arrancamento.

Os autores instrumentaram os grampos com extensômetros elétricos, distribuídos ao longo

dos comprimentos. No total foram executados dois grampos curtos, somente bainha

(nomeados A e B), um grampo curto, bainha com uma fase de injeção (D), um grampo longo

somente bainha (C) e um grampo longo com bainha e uma fase de injeção (E). As Figuras

2.12 e 2.13 apresentam as curvas carga versus deslocamento obtidas a partir dos ensaios

realizados e a Tabela 2.6 um resumo dos resultados obtidos.

Os resultados dos grampos curtos, Figura 2.12(a), e longos, Figura 2.12(b), estão apresentadosde forma separada na Figura 2.12 para analisar a influência das duas diferentes metodologias

executivas. Na Figura 2.13 as metodologias estão separadas em somente bainha, Figura

2.13(a) e bainha com uma fase de injeção, Figura 2.13(b), para avaliar o efeito do

comprimento dos grampos no parâmetro qs.

Os autores ressaltam que o grampo E, por limitações impostas no conjunto macaco-bomba e

aparecimento de trincas ao longo da face da reação, não atingiu a carga máxima do solo até o

último estágio do carregamento.


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43/126



Souza et al. (2005), a fim de estudar o comportamento dos grampos para mais de uma fase de

injeção, executaram 12 grampos na cidade de São Paulo, com as seguintes características:

diâmetro de perfuração φ 0,075 m L=6,0 m, aço CA 50 diâmetro16 mm, com inclinação de

10º com a horizontal, fator a/c=0,50 em um solo residual de silte arenoso, Nspt variando entre

3 e 6 golpes.

Do total de 12 grampos, 04 foram executados somente com bainha, 04 com bainha mais uma

fase de injeção e 04 com bainha e duas fases de injeção. Neste estudo, os grampos foram

executados de forma semelhante até a fase de preenchimento das bainhas.

Após a execução dos grampos, houve exumação de dois grampos de cada grupo, executados

por metodologias diferentes, para verificar o comportamento dos grampos para diferentes

fases de injeção. Os demais grampos foram ensaiados à tração e com base nos resultados

obtidos é mostrado na Tabela 2.7 o valor de qs para cada grampo. O valor de qs foi

determinado por meio da Equação (2.1), sendo o diâmetro do furo adotado o nominal e o

valor de Tmáx, a carga total obtida em cada ensaio.

Tabela 2.7 - Valores de qs para os grampos ensaiados por Souza et al. (2005).

Grampo Injeção Carga total(kN)

Carga totalmédia (kN)

qs (kPa)

7

Bainha

50,1

43,9 31,08 37,6

12 Bainha +

1 fase deinjeção

100,078,2 55,3

10 56,4

9 Bainha +

2 fases de

injeção

62,769,0 48,8

11 75,2

Quanto à exumação dos grampos e resultados dos ensaios de tração, os autores constaram:

♦ Presença de vazios detectada em grande parte do furo onde foram executados

somente bainha, em decorrência da exsudação da calda de cimento que não

reconstitui totalmente o desconfinamento do solo provocado pela perfuração;

♦

Onde houve injeção, após a bainha, os vazios causados pela exsudação da caldaforam preenchidos, melhorando as características geológicas-geotécnicas do maciço;


44/126



♦ As fases de injeção resultaram em melhorias das condições do maciço que podem

ser confirmadas pelos resultados dos ensaios de arrancamento, que comparados à

fase de bainha, apresentaram aumentos entre 57% e 78%.

Com o intuito de pesquisar a influência da reinjeção da calda de cimento, lavagem do furo e

tempo de cura da calda no parâmetro qs, Springer (2006) realizou 25 ensaios de arrancamento

em solo residual jovem e maduro de gnaisse na cidade de Niterói, RJ. Os grampos foram

executados com inclinação de 10º, diâmetros de 75mm ou 100mm com um trecho livre de

1,0m seguido de um trecho injetado de 3m com calda de cimento fator a/c = 0,60.

Com base nos resultados dos ensaios de arrancamento, Springer (2006) conclui que os

grampos reinjetados em solo residual maduro apresentaram, em média, valor de qs 37%

superior aos grampos sem reinjeção e em solo residual jovem este valor chegou a 27%. A

lavagem do furo forneceu uma resistência maior para os grampos quando comparado como os

furos secos; nos grampos reinjetados esta diferença foi 5% maior e nos grampos sem

reinjeção a diferença foi maior em 27%. Com relação ao tempo de cura da calda de cimento

para realização dos ensaios de arrancamento, foi constatado que não houve aumento

significativo de qs para o tempo de cura de 10 dias quando comparado com os resultados de 3

dias, sendo recomendado pela autora, que o tempo para realização dos ensaios dearrancamento nas obras seja reduzido de forma a reduzir custos.

Springer (2006), ao comparar os valores de qs obtidos com correlações empíricas propostas

por alguns autores, encontrou resultados conservadores e outros superestimados. A Equação

(2.11) é a que representa o melhor ajuste com os resultados obtidos pela autora, por apresentar

uma menor dispersão em relação aos resultados encontrados.

2.2. DISTRIBUIÇÃO DE CARGA NOS GRAMPOS

Como os grampos neste trabalho não foram instrumentados buscou-se conhecer como é feita a

distribuição de cargas nos grampos com base em pesquisas onde os mesmos foram

instrumentados.

= H),12.6&-/' U1H,II 0 ( %4 (2.11)


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0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C a r g a ( k N )

Comprimento (m)

M1-06

180kN

152kN

136kN

114kN

91kN

43kN

68kN

20kN

0

25

50

75

100

125

150

175

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C a r g a ( k N )

Comprimento (m)

M2-01

172kN151kN

136kN

106kN

90kN

68kN

44kN

22kN

Autores como Springer (2006) e Silva (2005) instrumentaram os grampos em suas pesquisas

com extensômetros elétricos que permitiram verificar a distribuição dos carregamentos

durante a realização dos ensaios.

As Figuras 2.14 a 2.19 apresentam os resultados das instrumentações de grampos executados

em campo por Springer (2006). Estes grampos foram executados em solo residual de gnaisse

e possuem 1,0m de trecho livre e 3,0m de trecho injetado (bainha e uma fase de injeção), com

diâmetros de perfuração de 0,10m, com exceção do grampo M2-01 que possui diâmetro de

0,075m.

Figura 2.14 – Distribuição de carga ao longo do grampo M1-06 (modificado, SPRINGER, 2006).



46/126



0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C a r g a ( k N )

Comprimento (m)

M1-08

208kN

184kN

157kN

132kN

106kN

54kN

23kN

81kN

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C a r g a ( k N )

Comprimento (m)

M1-12

129kN

112kN

97kN

80kN

65kN

48kN

34kN

13kN

0

50

100

150

200

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C a r g a ( k N )

Comprimento (m)

M1-09

201kN

176kN

150kN

125kN

99kN

68kN

53kN

23kN





47/126


48/126



0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C a r g a ( k N )

Comprimento (m)

AR-01

117kN

102kN

92kN

70kN

56kN

49kN

30kN

15kN

0

2040

60

80

100

120

140

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C a r g a ( k N )

Comprimento (m)

AR-04

124kN

121kN

107kN

94kN

84kN

59kN

44kN

27kN

7kN

Figura 2.20 – Distribuição de carga ao longo do grampo AR-01 (modificado, SILVA, 2005).

Figura 2.21 – Distribuição de carga ao longo do grampo AR-04 (modificado, SILVA, 2005).

A forma de distribuição de carga observada por Silva (2005) foi a mesma observada por

Springer (2006), ou seja, o diagrama de transferência de carga ao grampo é do tipo triangular.

Utilizando os resultados apresentados nas Figuras 2.14 a 2.21, foram feitos estudos sobre adistribuição da tensão cisalhante média qs ao longo do grampo.

Nestes estudos foram utilizadas as cargas e deslocamentos referentes a 25% 50% 75% e 100%

das cargas máximas obtidas nos ensaios. De forma a exemplificar o resultado desta análise, é

apresentado na Figura 2.22 a distribuição da tensão cisalhante média qs ao longo do grampo

M1-08.

A tensão cisalhante apresentada na Figura 2.22 é a tensão média no trecho entre duas leituras

consecutivas dos extensômetros elétricos. Esta tensão média está apresentada graficamente no

ponto médio do intervalo considerado.


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Considerando a carga máxima obtida no ensaio, têm-se uma tensão cisalhante média para o

grampo M1-08 de 220kPa. Analisando a Figura 2.22 nota-se que no trecho inicial do grampo

essa tensão cisalhante é maior do que a média, em alguns trechos chega a 50% do valor

médio, voltando a aumentar no trecho final do grampo. Conclui-se portanto, que a

distribuição da tensão cisalhante qs não é uniforme ao longo do grampo.

Para cargas menores a tensão cisalhante no trecho final deste grampo é cerca de 40% menor

do que a tensão cisalhante no trecho inicial do grampo. Para a carga máxima mobilizada no

ensaio percebe-se um aumento no valor da tensão cisalhante tanto no trecho final do grampo

quanto no trecho inicial do mesmo.

Figura 2.22 – Distribuição de qs ao longo do grampo M1-08 (SPRINGER, 2006).

2.3. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA DOS GRAMPOS

Os grampos quando tracionados se comportam de forma similar a uma estaca quando

submetida a aplicação de uma carga axial, mobilizando tensões cisalhantes ao longo do seu

fuste.

A carga nas estacas é transferida ao solo tanto pela base quanto pelo fuste e ao transferir estes

esforços ao solo, geram deformações no mesmo, resultando em recalques nas estacas.

0

100

200

300

400

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

q s

( k P a )

Comprimento do grampo

M1-08

100% Tmax. 75% Tmax 50% Tmax 25% Tmax

qs médio para 100% Tmáx.


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Randolph e Wroth (1978) estudaram a transferência de carga da estaca para o solo dividindo

os esforços em duas partes, uma ao longo do fuste e a outra na base, conforme mostrado na

Figura 2.23.

Figura 2.23 – Modelo de transferência proposto por Randolph e Wroth (VELLOSO;LOPES, 2010)

Como a intenção é estudar o deslocamento elástico de um grampo de forma similar ao

recalque de uma estaca, é apresentado na Figura 2.24 apenas a distribuição das tensões

cisalhantes tomadas no meio da profundidade das estacas e que geram recalques devido aestas tensões. Não será apresentado neste trabalho as formulações para o cálculo do recalque

na base da estaca.

Figura 2.24– Distribuição da tensão cisalhante na direção radial da estaca (modificado, RANDOLPH;WROTH,1978).

A carga total transferida pela estaca ao solo ao longo do fuste e o recalque do fuste são

calculados por meio das Equações (2.12) e (2.13) respectivamente.

dw

dr

KV = WXW . KX

Y = ZV

[ = KVY

Q

Le


51/126



onde:

\ s = carga transferida pela estaca ao solo através do fuste (kN);

r ] = raio da estaca (m);

τ o= tensão cisalhante máxima na direção radial (kN/m2);

^ e = comprimento da estaca (m);

_ s = recalque do solo ao longo do fuste (m);

` = módulo cisalhante do solo (kN/m2);

As Equações (2.14) e (2.15) apresentam o cálculo de ς e a expressão que combina as

Equações (2.12) e (2.13) respectivamente.

Utilizando a Equação (2.15) pode-se calcular o deslocamento do grampo devido o atrito

lateral desenvolvido no contato solo-grampo de forma semelhante ao recalque do fuste da

estaca.

Sendo o valor de G calculado pela Equação (2.16) proposta pela Teoria da Elasticidade.

a =2WXKXb (2.12)

c = d Y VV8V

= d KX[V8

VW:W V = K

XW:[ ς (2.13)

ς = 6 & QWWX R f 6 & Q2,)b0 1 U

WX R (2.14)

ag

cg= 2b[

ς (2.15)

` = h2.0 1! 4 (2.16)


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onde:

E s = módulo de elasticidade do solo (kN/m2);

= coeficiente de Poisson

Na ausência de ensaios e em etapas de anteprojeto, o valor do módulo de elasticidade do solo

( E s) pode ser definido utilizando-se a correlação proposta na Equação (2.17) que correlaciona

o módulo de elasticidade do solo com o valor do Nspt. Esta equação foi utilizada no trabalho

de Magalhães P. (2005) e o mesmo conclui após várias retro análises numéricas de provas de

carga sua aplicabilidade para os solos de Brasília e Goiânia.

Foi adotado neste trabalho o valor do coeficiente de Poisson igual a 0,3, valor este entre os

valores típicos sugeridos por Teixeira e Godoy (1996) e apresentados na Tabela 2.8.

Tabela 2.8 – Valores típicos do coeficiente de Poisson (TEIXEIRA;GODOY, 1996)

Solo

Areia pouco compacta 0,2

Areia compacta 0,4

Silte 0,3-0,5

Argila saturada 0,4-0,5

Argila não saturada 0,1-0,3

A fim de obter o deslocamento elástico total do grampo devido a aplicação de uma força de

tração na cabeça deste, faz-se necessário acrescentar ao deslocamento do grampo devido o

atrito lateral (ws) o alongamento da barra de aço (∆l). A relação linear entre tensão e

deformação do aço segundo a Lei de Hooke, pode ser expressa pela Equação (2.18). Nos

casos de grampos o valor de \ s é igual ao valor de \ . O valor do deslocamento elástico total

do grampo está apresentado na Equação (2.19).

h = 3. -/ (Es em MPa) (2.17)

" = hG. i j 0a. α4 kG = hG .lLm (2.18)


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onde:

\ = carga total aplicada ao grampo (kN);

nN = área de aço da barra (m2);

o a= módulo de elasticidade do aço (kN/m2);

∆p = alongamento do aço (m);

^ = comprimento da barra de aço (m)

α = fator do modo de distribuição da carga ao longo grampo;

Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014) na ausência de ensaios, pode ser adotado para o módulo

de elasticidade do aço valor igual a 210GPa.

onde:

_ t = deslocamento elástico total do grampo (m)

O fator α utilizado na Equação (2.18) é um fator que corrige a forma de distribuição do

esforço normal ao longo do grampo. Conforme pode ser visto na Figura 2.25, caso esta

distribuição fosse constante ao longo do grampo, ter-se-ia α = 1, caso variasse linearmente

até zero na ponta, este valor seria α = 0,5 e se variasse de forma não linear, teríamos α

variando entre 0,5 e 1.

Figura 2.25 – Formas de distribuição da carga ao longo do grampo.

c/ = c ! lL (2.19)

α=1 α=0,5 0,5 < α < 1


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Como foi visto anteriormente no item 2.2 - Distribuição de Carga nos Grampos que a forma

de distribuição de carga no grampo se aproxima de uma distribuição triangular, foi adotado

neste trabalho α = 0,5.

Como não foram realizados ensaios na calda de cimento para avaliação da resistência à

compressão (σc), resistência à tração indireta (σt) e módulo de elasticidade ( E c), foram

utilizados os resultados obtidos no trabalho de Magalhães M. (2005).

Magalhães M. (2005), realizou ensaios de compressão uniaxial em corpos de prova cilíndricos

de calda de cimento com fator a/c de 0,60, o mesmo valor adotado neste trabalho. Alguns

destes corpos de prova foram instrumentados para medição das deformações nas direções

axial e radial nos ensaios de compressão uniaxial, porém alguns strain gages foram perdidos

durante os ensaios de compressão uniaxial, impossibilitando a determinação do coeficiente de

Poisson. Os valores médios obtidos nestes ensaios estão apresentados na Tabela 2.9.

Tabela 2.9 – Valores médios obtidos nos ensaios com calda de cimento (MAGALHÃES M., 2005).

Material σc (MPa) 10,70

Calda de cimento

Fator a/c = 0,60σt (MPa) 0,98

Ec (GPa) 2,62


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56/126



Figura 3.2 – Localização da obra onde foram realizados os ensaios de arrancamento na cidade de Goiânia.

Fonte: Google Earth (2013), acessado em 18/04/2013.

Trata-se de uma obra residencial, com alturas de contenção até 8,0 m, empregando-se para

conter as escavações estacas escavadas justapostas com diâmetro de 35 cm com utilização degrampos.

O terreno foi escavado deixando-se taludes, rampas e platôs para execução dos grampos e

posterior escavação final da obra. A Figura 3.3 apresenta uma foto durante as escavações

indicando no talude o trecho onde os grampos ensaiados foram executados.

Figura 3.3 – Trecho onde os grampos ensaiados foram executados.

-


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D0093G14: Estudo de grampos

C.RESENDE

3.2. DESCRIÇÃO D

Na área do terreno de apro

antes de qualquer escavaPenetration Test (SPT) loc

é o que se encontra mais pr

O furo de sondagem SP0

Sobrepostos ao furo SP0

grampo ensaiadas. Foram

na cota +94,94.

Figura

m cortinas em solos tropicais na cidade de Goiânia

SOLO

ximadamente 3.216,0 m2 foi executado a pa

ão, um total de seis furos de sondagemdos no terreno de forma aleatória. Dentre e

óximo do trecho ensaiado.

foi executado no mês de Julho de 2011 a

estão indicados na Figura 3.4 às posiçõ

nsaiados três grampos executados na cota

3.4 – Sondagem SP04 com sobreposição dos grampo

55

Capítulo 3

rtir do terreno natural,

à percussão Standardtes furos, o furo SP04

partir da cota +98,70.

s das duas linhas de

97,43 e três grampos

s.


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Conforme visto na Figura 3.4, as duas linhas de grampo estão embutidas em uma argila

arenosa vermelha com Nspt variando entre 2 e 6. A cota +91,85 indica o limite da escavação,

cota do subsolo 3.

A sondagem apresenta 9,0m de uma argila arenosa vermelha sobreposta a uma espessa

camada de silte arenoso variegado. O nível d’água (N.A) encontrava-se 3,45 m abaixo da cota

+91,85 (cota subsolo 3), no mês de Julho de 2011.

3.3. EXECUÇÃO DOS GRAMPOS

Os grampos utilizados nos ensaios de arrancamento foram grampos adicionais que tinham a

finalidade de serem ensaiados até a ruptura. Estes grampos foram executados em sequência

aos demais grampos da obra, seguindo os mesmos padrões de escavação e concretagem.

Após a execução das estacas escavadas justapostas e concretagem da viga de topo, o terreno

foi inicialmente escavado até o platô na cota +96,63 para execução da 1ª linha de grampos

posicionados na cota +97,43, conforme pode ser visto na Figura 3.5.

Figura 3.5 – Escavação dos grampos na cota +97,43.


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E 2 0 6

E 2 0 7

E 2 0 8

E 2 0 9

E 2 1 0

E 2 1 1

E 2 1 2

E 2 1 3

E 2 1 4

E 2 1 5

E 2 1 6

E 2 1 7

E 2 1 8

E 2 1 9

E 2 2 0

E 2 2 1

E 2 2 2

E 2 2 3

E 2 2 4

E 2 2 5

E 2 2 6

E 2 2 7

G 4 3

G 1 8 4

G 4 4

G 1 8 5

G 4 5

G 1 8 6

G 4 6

G 1 8 7

G 4 7

G 1 8 8

G 4 8

G 1 8 9

G 4 9

G 1 9 0

G 5 0

G 1 9 1

G 5 1

G 1 9 2

G 5 2

G 1 9 3

G 5 3

G 1 9 4

G * *

G M 1

G M 2

G M 4

G M 6

G M 5

G M 3

Os grampos GM1, GM2 e GM3 foram escavados no dia 02 de Julho de 2013, com diâmetros

de 10cm, utilizando-se circulação de água, leve inclinação de 20º em relação à horizontal,

com comprimento total perfurado de 9,00m. Uma vista e um corte neste trecho estão

apresentados nas Figuras 3.6 e 3.7 respectivamente.

Figura 3.6 – Vista com indicação dos grampos ensaiados.

Foram ensaiados grampos localizados em duas alturas distintas, sendo três grampos na cota

+97,43 que foram nomeados GM1, GM2, GM3 e outros três grampos da cota +94,94

nomeados GM4, GM5, GM6.

O grampo GM1 estava inicialmente previsto para ser executado na posição G**, entre as

estacas E225 e E226, porém por problemas executivos este grampo foi descartado e a

execução dos grampos seguiu a sequência apresentada na Figura 3.6.

Os grampos foram escavados e preenchidos no mesmo dia. A primeira etapa do

preenchimento, denominada bainha, foi realizada sem pressão de injeção. Transcorrida 24

horas desta 1ª etapa, fez-se uma reinjeção de calda de cimento, sob pressão variando entre 0,8

e 1MPa, por meio das válvulas de reinjeção. Os grampos GM1 ao GM3 possuem sete válvulas

espaçadas a cada metro e os grampos GM4 ao GM6, nove válvulas espaçadas também a cada

metro, conforme mostra a Figura 3.7.


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Figura 3.7 – Corte ilustrando a posição dos grampos ensaiados.

Os grampos GM1 e GM3 foram concretados com uma barra reta de diâmetro 20 mm de aço

CA50, sendo 9,0 m desta barra embutidos em calda de cimento (fator a/c= 0,60 em peso), e

1,0 m livre.

O grampo GM2 diferencia-se dos demais quanto ao trecho de armação embutido em calda de

cimento. Descontando-se o trecho de 1,0 m livre, dos 9,0 m de grampo embutidos em solo,

houve contato entre a calda de cimento e a barra de aço CA 50 diâmetro de 20 mm, apenas

nos 6,5 m finais. Os primeiros 2,5 m foram engraxados e o contato entre a barra e a calda de

cimento isolado por meio de tubo de PVC 40mm vedado nas extremidades com massa epóxi,

conforme pode ser visto na Figura 3.8.

Finalizada a execução desta 1ª linha de grampos, o terreno foi escavado novamente até o platô

na cota +94,14 para execução da 2ª linha de grampos posicionados na cota +94,94.


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Figura 3.8 – Detalhes da barra de aço utilizada no grampo GM2.

Os grampos GM4, GM5 e GM6 foram escavados e concretados no dia 11 de Julho de 2013,

com diâmetros de 10 cm, utilizando-se circulação de água, leve inclinação de 20º em relação àhorizontal, com comprimento total perfurado de 11,0 m.

Os grampos GM4 e GM6 foram concretados com uma barra reta de diâmetro 25 mm de aço

CA50, sendo 11,0 m desta barra embutidos em calda de cimento (fator a/c=0,60 em peso), e

1,0 m livre.

O grampo GM5 diferencia-se dos demais quanto ao trecho de armação embutido em calda de

cimento. Descontando-se o trecho de 1,0 m livre, dos 11,0 m de grampo embutidos em solo,houve contato entre a calda de cimento e a barra de aço CA50 diâmetro de 25 mm, apenas nos

Tubo auxiliar para reinjeçãode calda de cimento


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9,5 m finais. Os primeiros 1,5 m foram engraxados e o contato entre a barra e a calda de

cimento isolado por meio de tubo de PVC 40 mm vedado nas extremidades com massa epóxi.

Nas cortinas grampeadas os grampos estão ligados a um paramento bastante rígido quandocomparado aos grampos nas estruturas de solos grampeados, onde o fechamento do

paramento é feito com tela soldada e concreto projetado, gerando uma estrutura bastante

flexível que permite o deslocamento do maciço. Sendo assim, é esperado que nas contenções

em cortinas grampeadas, os deslocamentos horizontais na face da contenção sejam bem

menores do que aqueles que acontecem em solos grampeados. Desta forma, a cunha ativa

formada atrás das contenções grampeadas estará no intervalo entre a cunha ativa dos solos

grampeados e o estado de repouso, em uma situação hipotética de não haver deformação na

cortina.

Como não foram encontradas pesquisas sobre o comportamento das cunhas

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Dissertação - Carla de Resende - 2014