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ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO

NO ARRANCAMENTO DE GRAMPOS

Matheus de Souza Barbosa Morais

Projeto de Graduação apresentado ao

Curso de Engenharia Civil da Escola

Politécnica, Universidade Federal do Rio

de Janeiro, como parte dos requisito s

necessários à obtenção do título de

Engenheiro.

Orientadores: Leonardo De Bona Becker

Tiago Proto da Silva

RIO DE JANEIRO

Setembro de 2017

ii

ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO

NO ARRANCAMENTO DE GRAMPOS


PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE

ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

Examinado por:

______________________________________________

Prof. Leonardo De Bona Becker - D.Sc. (orientador).

______________________________________________

Eng. Tiago Proto da Silva - M.Sc. (orientador).

______________________________________________

Prof. José Bernardino Borges - M.Sc.

______________________________________________

Prof. Rogério Cyrillo Gomes – M.Sc.

RIO DE JANEIRO

Setembro de 2017

iii

Morais, Matheus de Souza Barbosa

Estudo da influência da resistência ao cisalhamento do solo no arrancamento de grampos / Matheus de Souza Barbosa

Morais – Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2017.

XII, 67 p.: il.; 29,7 cm.

Orientadores: Leonardo de Bona Becker e Tiago Proto da Silva

Projeto de graduação – UFRJ/ Escola Politécnica / Curso

de Engenharia Civil, 2017.

Referências Bibliográficas: p. 56-57.

1. Ensaios de arrancamento. 2. Cisalhamento direto. 3. Solo grampeado.

I. Leonardo De Bona Becker et al. II. Universidade

Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III. Título

iv

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeço a Deus, pela minha vida e por estar sempre comigo,

iluminando meus caminhos e me erguendo nos momentos de fraqueza.

Aos meus pais, por todo o amor e apoio que foram essenciais durante esses anos.

Muito obrigado por me terem permitido realizar este sonho, por serem a minha base e não

medirem esforços para que eu concluísse essa caminhada. Por trás deste diploma há muito

esforço, muitas lágrimas e muitas privações, e eu não estou falando das minhas. Obrigado

por terem acreditado em mim.

À minha irmã Nathália, que mesmo com as nossas divergências de opiniões, está

sempre comigo, me apoiando e torcendo por mim.

As minhas tias Graça, Tereza e Ivone, que vibravam a cada conquista e que jamais

permitiram que eu me sentisse sozinho nesta caminhada, todas aquelas incansáveis horas

de orações deram certo. A minha tia Soni, por todo o apoio e paciência, principalmente

nesses últimos anos, muito obrigado pelas palavras de conforto, por ser uma base forte

nos momentos mais turbulentos que se passaram e por me presentear com a Manu. Amo

muito vocês.

Aos meus orientadores, Leonardo Becker e Tiago Proto, pela disposição em

sempre me ajudar durante a elaboração deste trabalho, pelas lições ensinadas e por

contribuírem para o meu crescimento profissional e pessoal.

Aos meus amigos e fiéis companheiros que fiz durante este curso, vocês fizeram

a minha graduação bem mais divertida e proveitosa. Muito obrigado pelos momentos de

descontração dentro e fora das salas de aula, não tenho como deixar de citá-los aqui,

Daniel, Dani, Enzo, Gabriela, Ignez, Lucas, Luiz Bouch, Monique, Paola e Renan.

Agradeço de forma especial à engenheira Jéssica, que esteve comigo desde os primeiro s

dias no Fundão até os últimos momentos da graduação. Todos vocês são incríveis.

Aos colegas que me auxiliaram com os ensaios de laboratório, sempre dispostos

a ajudar no que fosse preciso, Isabelle e Mathias. À equipe do Laboratório de Geotecnia

da COPPE, pela ajuda nos ensaios de caracterização.

v

À SEEL pela oportunidade de aprendizagem e por disponibilizar os dados

necessários à fase de campo desta pesquisa.

vi

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos

requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Estudo da influência da resistência ao cisalhamento do solo no arrancamento de

grampos


Setembro/2017

Orientadores: Leonardo De Bona Becker


Curso: Engenharia Civil

Este trabalho apresenta uma análise da relação entre os parâmetros de resistênc ia

do solo c’ e φ’ e a resistência ao arrancamento de grampos (qs) através da proposta de

Proto Silva (2005). Também buscou-se verificar a influência da reinjeção na resistência

ao arrancamento dos grampos, a partir da comparação dos resultados de qs de grampos

não reinjetados e executados com uma reinjeção.

Para o desenvolvimento da pesquisa foram realizados ensaios de arrancamento em

10 grampos executados em um talude de solo residual, sendo 3 destes executados com

uma reinjeção e os demais executados apenas com uma injeção. Do talude em questão,

foram retiradas amostras indeformadas de solo que foram ensaiadas em laboratório.

Foram executados ensaios de cisalhamento direto e de caracterização do solo.

Com os resultados, foram obtidos pela relação semi-empírica os valores de qs* e

posteriormente comparados os resultados de qs obtidos em campo, verificando-se uma

aproximação do valor estimado pela proposta com o resultado real, para grampos

executados em solo residual de gnaisse. Adicionalmente, foi verificado o ganho de

resistência ao arrancamento com o procedimento de reinjeção, comparando-se os valores

de qs de 3 grampos injetados confinados sob diferentes tensões normais com resultados

de 7 grampos executados apenas com uma injeção.

Palavras-chave: Parâmetros de resistência, resistência ao arrancamento, reinjeção, solo

residual.

vii

Undergraduate Project’s abstract presented to Escola Politécnica/UFRJ as part of the

requirements for obtaining the title of Civil Engineer.

Study of the influence of soil shear resistance on nails pullout.

Matheus Souza Barbosa de Morais

September/2017

Advisors: Leonardo De Bona Becker


Undergraduate Degree: Civil Engineering

This work presents an analysis of the relationship between soil resistance

parameters (c’ and φ’) and nails pullout resistance (qs) through Proto Silva’s (2005)

proposal. Furthermore, it sought to verify the influence of reinjection on nails pullout

resistance by comparing the results of qs from non-reinjected nails and the ones executed

with only one reinjection.

For the development of this research, pullout tests were performed on 10 nails

fixed in a residual soil slope. 3 of these nails were executed with one reinjection and the

rest was executed with only one injection. Undeformed soil samples were taken from the

slope in question and tested in laboratory. Direct shear and soil characterization tests were

performed.

The values of qs* were obtained by using the results from the tests and the semi-

empirical formulas. They were compared with the results of qs obtained in field, allowing

for the verification of certain proximity between the value estimated with the proposal

and the real result for nails fixed in gneiss residual soil. Additionally, it was verified the

gain in pullout resistance from the reinjection procedure by the comparison between qs of

3 injected nails confined under different normal stresses and the results of 7 nails executed

with only one injection.

Key words: Soil resistance parameters, pullout resistance, reinjection, residual soil.

viii

Sumário

1. Introdução ............................................................................................................... 1

1.1. Considerações Iniciais .................................................................................... 1

1.2. Objetivo da pesquisa....................................................................................... 2

1.3. Metodologia.................................................................................................... 2

1.4. Organização da pesquisa ................................................................................ 3

2. Revisão Bibliográfica ............................................................................................. 4

2.1. Ensaio de cisalhamento direto ........................................................................ 4

2.1.1 Determinação da velocidade do ensaio .......................................................... 6

2.2. Ensaio de arrancamento de grampos .............................................................. 8

2.2.1 Procedimento executivo do ensaio de arrancamento...................................... 9

2.2.1.1 Características iniciais ................................................................................ 9

2.2.1.2 Montagem ................................................................................................... 9

2.2.1.3 Execução do ensaio................................................................................... 10

2.2.2 Fatores que influenciam no resultado dos ensaios ................................... 12

2.2.3 Valores típicos de resistência ao arrancamento ........................................ 13

2.3. Resistência ao arrancamento a partir de parâmetros do solo ........................ 14

3. Procedimentos experimentais............................................................................. 19

3.1. Procedimentos de laboratório ....................................................................... 19

3.1.1 Amostragem em campo .............................................................................. 19

3.1.2 Ensaios de Caracterização ............................................................................ 21

3.1.3 Determinação dos Índices Físicos ................................................................ 23

3.1.4 Cisalhamento Direto ..................................................................................... 24

3.1.4.1 Moldagem dos corpos de prova ................................................................ 25

3.1.4.2 Determinação da velocidade do ensaio..................................................... 28

3.1.4.3 Cisalhamento em corpos de prova inundados .......................................... 28

3.1.4.4 Cisalhamento em corpos de prova na umidade natural ............................ 31

ix

3.2. Procedimentos de campo .............................................................................. 34

3.2.1 Ensaios de arrancamento de grampos .............................................................. 34

3.2.1.1 Montagem dos grampos............................................................................ 34

3.2.1.2 Métodos executivos .................................................................................. 35

3.2.1.3 Ensaios de arrancamento .......................................................................... 39

4. Análise dos resultados ......................................................................................... 47

4.1 Ensaios de laboratório................................................................................. 47

4.2 Ensaios de campo ........................................................................................ 47

4.3 Avaliação da estimativa da resistência ao arrancamento ......................... 48

4.4 Avaliação da influência da reinjeção na resistência ao arrancamento .... 53

5. Conclusão............................................................................................................... 54

6. Referências bibliográficas ................................................................................... 56

Apêndice A – Planilhas dos ensaios de arrancamento .......................................... 58

x

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Esquema do ensaio de cisalhamento direto (adaptado de Fernandes, 2012). ... 4

Figura 2: Representação de resultado típico do ensaio de cisalhamento direto (PINTO,

2000). ................................................................................................................................ 5

Figura 3: Representação do critério de ruptura de Coulomb (PINTO, 2000). ................. 6

Figura 4: Adensamento em termos de porcentagem de recalque e altura de corpo de

prova em função de raiz do tempo (PINTO, 2006). ......................................................... 7

Figura 5: Esquema de montagem do ensaio de arrancamento (adaptado de Ortigão e

Sayão, 1999). .................................................................................................................. 10

Figura 6 : Fator de carga λ1 em função da tensão normal para o solo residual jovem de

gnaisse (PROTO SILVA, 2005). .................................................................................... 16

Figura 7: Fator de carga λ1* em função da tensão normal para o solo residual de gnaisse

(PROTO SILVA, 2005). ................................................................................................. 16

Figura 8: Relação entre o coeficiente de interface (α) e a tensão normal. (PROTO

SILVA, 2005). ................................................................................................................ 17

Figura 9: Talude utilizado no estudo. ............................................................................. 19

Figura 10: (a) Abertura da tela da face do talude. (b) Desbaste da camada superficial de

material. .......................................................................................................................... 20

Figura 11: Cilindro sendo cravado no talude. ................................................................. 20

Figura 12: (a) Cilindro com solo envolto em plástico filme. (b) Cilindros prontos para

serem transportados à câmara úmida. ............................................................................. 21

Figura 13: Curva granulométrica do solo em estudo. ..................................................... 22

Figura 14: Limites de Atterberg. .................................................................................... 22

Figura 15: Equipamento utilizado nos ensaios de cisalhamento direto. ......................... 25

Figura 16: (a) Extrusão de parte do solo para início da cravação. (b) Cravação com

desbaste das laterais. (c) Coleta de amostras em cápsula. .............................................. 26

Figura 17: (a) Amostra retirada antes do arrasamento. (b) Amostra arrasada. ............... 27

Figura 18: (a) Amostra posicionada sobre a caixa bipartida. (b) Extração com ajuda do

soquete de madeira. ........................................................................................................ 27

Figura 19: Tensão cisalhante versus deslocamento horizontal – Solo inundado............ 28

Figura 20: Deslocamento vertical versus deslocamento horizontal – Solo inundado. ... 29

Figura 21: Tensão cisalhante normalizada versus deslocamento horizontal – Solo

inundado. ........................................................................................................................ 29

xi

Figura 22: Envoltória de resistência - Solo Inundado. ................................................... 30

Figura 23: Tensão cisalhante versus deslocamento horizontal – Umidade natural. ....... 31

Figura 24: Deslocamento vertical versus deslocamento horizontal – Umidade natural. 32

Figura 25: Tensão cisalhante normalizada versus deslocamento horizontal – Umidade

natural. ............................................................................................................................ 32

Figura 26: Envoltória de resistência – Umidade natural. ............................................... 33

Figura 27: Locação dos grampos no talude .................................................................... 34

Figura 28: Esquema de montagem dos grampos. ........................................................... 35

Figura 29: Seção de grampo inserido no talude. ............................................................. 35

Figura 30: Perfuratriz manual utilizada na perfuração. .................................................. 36

Figura 31: Haste acoplada com tricone. ......................................................................... 37

Figura 32: Conjunto de hastes para avanço do tricone no furo. ..................................... 37

Figura 33: Grampos montados........................................................................................ 38

Figura 34: Execução da perfuração. ............................................................................... 38

Figura 35: Posicionamento do grampo no furo. ............................................................. 38

Figura 36: Esquema de montagem de ensaio de arrancamento. ..................................... 39

Figura 37: Ensaio de arrancamento montado. ................................................................ 39

Figura 38: Boletim de campo para ensaios de arrancamento. ........................................ 40

Figura 39: Planilha de tratamento de dados - Grampo 1. ............................................... 42

Figura 40: Gráfico dos ensaios de arrancamento dos grampos TIPO A. ........................ 44

Figura 41: Gráfico dos ensaios de arrancamento dos grampos TIPO L. ........................ 44

Figura 42: Gráfico dos ensaios de arrancamento dos grampos TIPO R. ........................ 45

Figura 43: Seção transversal típica do talude. ................................................................ 49

Figura 44: Fator de carga para solos residuais de gnaisse. ............................................. 52

Figura 45: Planilha de tratamento de dados - Grampo 02. ............................................. 59









xii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Sequência de estágios de carga durante a execução do ensaio. ...................... 11

Tabela 2: Características físicas de solos residuais brasileiros (Sandroni, 1985 apud

Bernardes 2003). ............................................................................................................. 23

Tabela 3: Índices físicos dos corpos de prova antes do início dos ensaios de

cisalhamento direto. ........................................................................................................ 23

Tabela 4: Índices físicos médios. .................................................................................... 24

Tabela 5: Relação de grampos executados de acordo com os métodos executivos. ...... 43

Tabela 6: Parâmetros de resistência do solo em estudo. ................................................. 47

Tabela 7: Índices físicos do solo em estudo. .................................................................. 47

Tabela 8: Relação dos resultados dos ensaios de arrancamento realizados. ................... 48

Tabela 9: Tensão normal atuante em cada grampo. ....................................................... 50

Tabela 10: Parâmetros adotados para a obtenção de qs* - Grampo 02. ......................... 50







Tabela 17: Resultados da estimativa de grampos do Grupo 1. ....................................... 51



1

1. INTRODUÇÃO

1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Solo grampeado ou solo pregado é uma técnica de estabilização de taludes que

consiste na inserção de um reforço no maciço, geralmente barras de aço envolvidas com

calda de cimento, com o objetivo de aumentar a resistência à tração dos solos, melhorando

assim o fator de segurança (FS) do mesmo. O conceito de solo grampeado tomou impulso

no final da década de 70 em países como a Alemanha, Estados Unidos e França. No

Brasil, a técnica foi empregada pela primeira vez também na década de 70. Desde então,

a solução tem sido bastante aceita e difundida no meio técnico.

A solução apresenta inúmeras vantagens quando comparadas a outros métodos de

estabilização de taludes. Em geral, uma contenção em solo grampeado costuma ser menos

onerosa, de simples aplicação e de rápida velocidade de execução.

Em linhas gerais, a técnica consiste na aplicação de ancoragens sub-horizonta is

no maciço, promovendo a estabilidade global do mesmo. Associado às ancoragens, é

executado um tratamento na face do talude, geralmente com uso de concreto projetado

com armadura ou aplicação de tela metálica de alta resistência, garantindo a estabilidade

local do maciço.

Os grampos são elementos que resistem aos esforços de tração e cisalhamento. A

resistência deles está relacionada com a mobilização do atrito no contato dos grampos

com o solo circundante. Uma característica do solo grampeado é a que este tipo de

contenção necessita que ocorram pequenos deslocamentos do maciço (da ordem de

milímetros) para que o atrito seja mobilizado e ancoragem comece a trabalhar.

Desta forma, vários projetistas têm adotado esta técnica como solução para

problemas de estabilidade de taludes. Surge então a necessidade de se prever a resistência

ao cisalhamento dos grampos no contato com o solo circundante para o desenvolvimento

dos projetos, visto que o conhecimento desta resistência é parâmetro essencial para

dimensionamento da estrutura de contenção em solo grampeado.

Para se obter a resistência ao arrancamento de grampos (qs), é necessário realizar

ensaios de arrancamento em campo durante a construção. Durante a fase de projeto, este

2

parâmetro é frequentemente estimado com base na experiência do projetista ou com

relações propostas na literatura que propõem a estimativa de qs com base em parâmetros

do solo, seguidas de posterior verificação e com ensaio em campo e, se necessário,

implementação de ajustes no projeto.

1.2. OBJETIVO DA PESQUISA

O objetivo principal deste trabalho é verificar a proposta de Proto Silva (2005)

para a estimativa da resistência ao arrancamento dos grampos (qs) com base em

parâmetros de resistência do solo.

Sendo assim, também é objetivo deste trabalho a obtenção de parâmetros de

resistência ao cisalhamento do solo em estudo e a obtenção da resistência ao arrancamento

de grampos (qs) a partir de ensaios realizados em campo, para posterior comparação com

os valores estimados.

Adicionalmente, será verificada a conclusão de Springer (2006) acerca da

influência da reinjeção na resistência ao arrancamento de grampos em solos residuais de

gnaisse, para os grampos reinjetados desta pesquisa.

1.3. METODOLOGIA

A metodologia de execução deste trabalho se divide em ensaios de laboratório,

ensaios de campo, estimativas de qs através de relação semi-empírica e comparação de

resultados.

Para a obtenção dos parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo, foi

realizada amostragem em campo do solo e posterior realização de ensaios de

cisalhamento direto e caracterização, em laboratório.

Para a determinação da resistência ao arrancamento dos grampos (qs), foram

realizados 10 ensaios de arrancamento, em campo, no talude de estudo.

Com os parâmetros de resistência do solo obtidos, foi realizada a estimativa de qs

através da correlação de Proto Silva (2005) e posterior análise comparativa dos valores

estimados com os valores reais.

3

1.4. ORGANIZAÇÃO DA PESQUISA

O trabalho foi dividido em seis capítulos e organizado da seguinte forma:

O Capítulo 1 apresenta a introdução do trabalho.

O Capítulo 2 apresenta uma revisão bibliográfica de todos os conceitos

necessários para o desenvolvimento da pesquisa.

O Capítulo 3 é dividido em ensaios de laboratório e em ensaios de campo. Para os

ensaios de laboratório são apresentados os resultados dos ensaios de cisalhamento direto,

de caracterização e apresentação dos resultados encontrados. Para os ensaios de campo,

apresenta-se o método executivo dos ensaios de arrancamento, mostrando-se os boletins

de tratamento de dados para cada um destes ensaios.

O Capítulo 4 apresenta a análise dos resultados encontrados nos ensaios, o

processo de obtenção de qs de campo a partir dos boletins de tratamento de dados e, por

fim, são estimados os valores de qs a partir dos parâmetros de resistência ao cisalhamento

do solo. Também há uma avaliação da influência da reinjeção dos grampos na resistência

ao arrancamento para os ensaios realizados nesta pesquisa e comparados com a conclusão

de Springer (2006).

O capítulo 5 apresenta a conclusão do trabalho e sugestões para futuras pesquisas.

O capítulo 6 apresenta as referências bibliográficas citadas ao longo da pesquisa.

Este trabalho apresenta ainda um apêndice referente às planilhas dos ensaios de

arrancamento dos grampos.

4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO

Para a determinação dos parâmetros de resistência do solo em estudo, o

procedimento utilizado foi a realização de ensaios de cisalhamento direto em amostras de

solo moldadas em laboratório e cisalhadas nas condições de umidade natural e submersa.

Segundo Terzaghi e Peck (1948) e Pinto (2006), este ensaio é o mais simples e

mais antigo método para determinação da resistência ao cisalhamento, baseado

diretamente no critério de Coulomb. Aplica-se uma tensão normal num plano e verifica-

se a tensão cisalhante que provoca a ruptura.

O ensaio consiste em duas etapas, adensamento e cisalhamento.

Para o adensamento, a amostra já deve estar na caixa bipartida e na prensa de

cisalhamento. Assim, todo o aparato é ajustado para o início da realização do ensaio,

porém, antes de se iniciar cisalhamento de fato, este é submetido a uma força vertical N

que corresponde à tensão de ensaio de interesse, até que todo o excesso de poropressão

seja dissipado da amostra. Nesta fase do ensaio, em que apenas a tensão normal é

aplicada, não se permite deformação lateral da amostra.

Na fase de cisalhamento, a amostra permanece submetida à força vertical N da

fase de adensamento e impõe-se em deslocamento a uma velocidade constante na parte

inferior da caixa bipartida, ficando a parte superior imóvel durante o ensaio. Esse

deslocamento faz surgir uma força tangencial T medida através de um anel

dinamométrico. Durante a realização do ensaio, os deslocamentos horizontais (δh) e

verticais (δv) também são medidos através de extensômetros. A Figura 1 ilustra um

esquema de ensaio.

Figura 1: Esquema do ensaio de cisalhamento direto (adaptado de Fernandes, 2012).

5

Para a determinação das tensões normal (σ) e cisalhante (τ) atuantes, deve-se

dividir as forças N e T respectivamente pela seção transversal do corpo de prova,

conforme as equações a seguir:

𝜎 =𝑁

𝐴𝑐

𝜏 =𝑇

𝐴𝑐

onde,

N = força normal atuante sobre o corpo de prova

T = força horizontal medida pelo anel dinamométrico

Ac = Área da seção transversal corrigida do corpo de prova

Para um corpo de prova com seção quadrada, o cálculo de Ac fica sendo:

𝐴𝑐 = 𝑙1 × ( 𝑙2 − 𝛿ℎ)

onde,

𝑙1 = dimensão na direção perpendicular ao deslocamento do cisalhamento

𝑙2 = dimensão na direção paralela ao deslocamento do cisalhamento

𝛿ℎ= deslocamento horizontal no sentido do cisalhamento

A Figura 2 abaixo representa um resultado típico de um ensaio de cisalhamento

direto, realizado sob uma dada tensão normal N, em termos de tensão cisalhante (τ) e da

variação de altura (Δh), ambos em função do deslocamento horizontal (d) imposto pela

forca tangencial T.

Figura 2: Representação de resultado típico do ensaio de cisalhamento direto (PINTO, 2000).

6

Devido ao fato deste ensaio impor um plano de ruptura à amostra, as tensões

normal e cisalhante são determinadas apenas no plano aonde ocorre a ruptura. A partir da

realização de ensaios com diversas tensões normais, pode-se obter a envoltória de

resistência (Pinto, 2006). A Figura 3 a seguir apresenta um exemplo de uma envoltória de

Coulomb a partir de ensaios de cisalhamento direto.

Figura 3: Representação do critério de ruptura de Coulomb (PINTO, 2000).

A envoltória acima apresentada pode ser representada pela seguinte equação:

𝜏 = 𝑐 + 𝜎 𝑡𝑎𝑛𝜑 ,

onde 𝑐 e 𝜑 podem ser definidos como coesão e ângulo de atrito interno, respectivamente.

Vale ressaltar que os parâmetros acima não são constantes para um determinado tipo de

solo e sim dependem do grau de saturação da amostra e das condições de drenagem do

ensaio.

2.1.1 DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO ENSAIO

A determinação da velocidade dos ensaios de cisalhamento direto pode ser obtida

através do Método de Taylor (raiz quadrada do tempo), utilizado para a determinação do

coeficiente de adensamento. A partir deste método, obtém-se o 𝑡100 , que corresponde ao

tempo necessário para que a amostra atinja uma deformação correspondente ao final do

adensamento primário.

Segundo Pinto (2006), esse método baseia-se no formato da curva de porcentagem

de recalque (U) em função do tempo (T), onde a raiz quadrada do fator tempo é colocada

em abscissas. Os dados dos ensaios são colocados em função de da raiz quadrada do

tempo. A Figura 4 ilustra essas curvas para um dado ensaio.

7

Figura 4: Adensamento em termos de porcentagem de recalque e altura de corpo de prova em

função de raiz do tempo (PINTO, 2006).

“Do início do adensamento primário, traça-se uma reta com

abscissas iguais a 1,15 vezes as abscissas correspondentes da reta inicial. A intersecção da reta com a curva do ensaio indica o ponto em que teriam ocorrido 90% do adensamento, uma vez que, pela

equação parabólica da parte inicial da curva de adensamento (representada pela reta na escala de raiz de T), para U=0,9,

T=0,64, cuja raiz quadrada é 0,80. Pela solução da teoria do adensamento, para U=0,9, T=0,848, cuja raiz quadrada é de 0,92, ou seja, 15% maior do que 0,80. (PINTO, 2006, p. 228) ”

A partir da explicação acima, é possível determinar o ponto que corresponde a

90% de recalque. Com isso, determinar-se o t90, correspondente a esta porcentagem de

recalque.

A partir das relações abaixo, determina-se ℎ100 :

𝜌90 = ℎ90 − ℎ0;

𝜌100 =10

9𝜌90 ;

ℎ100 = 𝜌100 + ℎ0.

Onde:

𝜌90 – recalque correspondente a 90% do adensamento total teórico;

𝜌100 – adensamento total teórico, 100%;

ℎ0 – altura do corpo de prova após a compressão inicial instantânea;

8

ℎ90 – altura do corpo de prova após a 90% do adensamento;

ℎ100 – altura do corpo de prova após a 100% do adensamento.

Após a determinação de ℎ100 , é possível identificar na curva o ponto

correspondente a 100% do adensamento, daí determina-se o 𝑡100 .

Gibson & Henkel (1954), propuseram que o tempo estimado para a ruptura no

ensaio de cisalhamento lento pode ser determinado pela equação empírica:

𝑡𝑓 = 12,7 𝑥 𝑡100 ,

onde 𝑡𝑓 é o tempo estimado para a ruptura. A partir daí a velocidade de ruptura pode ser

calculada como:

𝑣𝑓 =𝑑𝑓

𝑡𝑓

onde 𝑣𝑓 é a velocidade de ruptura e 𝑑𝑓 é o deslocamento até a ruptura.

2.2. ENSAIO DE ARRANCAMENTO DE GRAMPOS

A partir dos resultados dos ensaios de arrancamento, é possível determinar a força

de tração necessária para que o grampo, no interior da massa de solo, se desloque e, assim,

obter o parâmetro qs.

Este parâmetro é de fundamental importância para o dimensionamento de uma

estrutura de solo grampeado, e pode ser entendido como a resistência média na região de

contato solo-grampo.

O ensaio de arrancamento consiste em aplicar cargas de tração à barra de aço

ancorada no terreno até a ruptura da interface solo-grampo. Esta carga é aplicada por meio

de um macaco hidráulico e registra-se o deslocamento de arrancamento da cabeça do

grampo. (Springer, 2006).

Os ensaios podem ser realizados antes e durante a obra, permitindo ajustes no

projeto. No Brasil, ainda não se dispõe de uma norma para a regulamentação destes

ensaios, porém existem algumas sugestões que podem ser encontradas em diversas

bibliografias que tratam do assunto.

A Fundação GEO-RIO (2014), propõe, através de seu manual, que sejam

realizados ensaios de arrancamento em, no mínimo, dois grampos ou 1% do total previsto,

para que sejam confirmados os valores de qs considerados no projeto. Estes ensaios

9

devem ser realizados na medida em que a obra avança para permitir adequações de

projeto.

Falconi & Alonso (1996) sugerem a realização de um ensaio a cada dez grampos

permanentes na obra.

Zirlis et al (2003) propõem a execução de ensaios de arrancamento em 10% do

total de grampos previsto, ou ainda, numa quantidade que garanta a representatividade

destes resultados.

2.2.1 PROCEDIMENTO EXECUTIVO DO ENSAIO DE ARRANCAMENTO

A seguir encontra-se a descrição do processo executivo do ensaio.

2.2.1.1 CARACTERÍSTICAS INICIAIS

• O grampo deve ter um comprimento livre inicial de no mínimo

1,0m, de forma a evitar a influência da reação do sistema de

aplicação de cargas na resistência lateral do grampo. Neste trecho

não deve ser caracterizada a aderência entre o grampo e o terreno.

Para garantia deste comprimento livre, a barra deve ser protegida

com espuma, minimizando o efeito do atrito no local.

• A carga máxima a ser aplicada durante o ensaio deve corresponder

a 90% da carga teórica de escoamento da barra de aço, em sua

seção mais delgada. Esta carga máxima não deve ser ultrapassada

para se evitar uma possível ruptura brusca do aço, podendo

acarretar em acidente, ou seja:

𝐹𝑚𝑎𝑥 = 0,9 𝑥 𝜎𝑎ç𝑜𝑥 𝐴𝑠

onde,

𝐹𝑚𝑎𝑥 – força máxima a ser aplicada;

𝜎𝑎ç𝑜 – tensão de escoamento do aço;

𝐴𝑠 – área da seção transversal útil da barra.

2.2.1.2 MONTAGEM

• Deve-se preparar a superfície do terreno que vai receber o sistema

de reação de forma que este sistema fique ortogonal ao eixo do

grampo;

10

• Instalar uma base (concreto, placas de aço, madeira) com

dimensões apropriadas para resistir a carga sem grandes

deformações;

• Instalar o macaco no mesmo alinhamento do grampo e fixar com

placa e porcas;

• Adotar um apoio, fora da área de influência de movimentos, para

fixar o sistema de medição de deslocamento da cabeça do grampo.

Figura 5: Esquema de montagem do ensaio de arrancamento (adaptado de Ortigão e Sayão, 1999).

2.2.1.3 EXECUÇÃO DO ENSAIO

• Antes de começar os estágios de carga, deve ser aplicada uma carga

igual a 10% da carga máxima de ensaio e aguardar dois minutos

para a estabilização das deformações;

• Aplicar os incrementos de carga equivalentes a 10% da carga

máxima do ensaio, respeitando os intervalos de tempo para a

estabilização dos deslocamentos (cerca de 2 min), até atingir a

ruptura, fazendo sempre a leitura do deflectômetro em cada

estágio. A Tabela 1 apresenta a sequência de estágios;

• Caso o deslocamento medido na cabeça não se estabilize para uma

determinada carga, significa situação de rotura. É necessário então

11

medir as deformações a cada 30 segundos, por um intervalo de 5

minutos mantendo a carga constante;

• Caso não seja atingida a rotura na carga máxima de ensaio,

observar o comportamento por 5 minutos na carga máxima e

depois, descarregar em estágios;

• Apresentar o resultado em um gráfico carga X deslocamento da

cabeça do grampo.

Tabela 1: Sequência de estágios de carga durante a execução do ensaio.

Estágio Força axial (kN) Tempo de

Estabilização

1 0,2𝐹𝑚𝑎𝑥 2 minutos














Obs.: os estágios de carga devem ser aproximados em função curva de calibração do conjunto macaco/bomba, afim de que as leituras de pressão manométricas sejam números inteiros com a precisão do instrumento utilizado (manômetro).

Após o ensaio terminado, o valor de qs é definido por:

𝑞𝑠 =𝐹𝑟𝑢𝑝

𝜋. ∅𝑓𝑢𝑟𝑜 . 𝐿𝑖𝑛𝑗.

onde,

𝐹𝑟𝑢𝑝 – força de ruptura obtida no ensaio;

𝐿𝑖𝑛𝑗. – comprimento do trecho ancorado;

∅𝑓𝑢𝑟𝑜 – diâmetro do furo.

12

2.2.2 FATORES QUE INFLUENCIAM NO RESULTADO DOS ENSAIOS

Grampos reinjetados, apresentaram resistência ao arrancamento, em média, 37%

superior aos grampos com uma injeção, para grampos executados em solo residual

maduro. Para grampos em solo residual jovem, a resistência qs foi, em média, 27%

superior para os grampos com reinjeção (primeira injeção + uma reinjeção) (SPRINGER,

2006).

Com relação à lavagem do furo, para grampos reinjetados o aumento da

resistência ao arrancamento é da ordem de 5% com relação aos furos não lavados. Para

grampos com uma injeção, a lavagem do furo aumentou cerca de 27% o valor de qs.

(SPRINGER, 2006).

Souza et al. (2005) realizaram um trabalho avaliando a influência do processo

executivo de execução dos grampos nos valores de qs, executando ensaios com

perfurações de 75mm e grampos com diâmetro de 16mm, todos com 6m de comprimento.

Os grampos foram executados de três formas diferentes, só com uma injeção, com uma

reinjeção e com duas fases de reinjeção. Os resultados indicaram uma diferença da ordem

de 78% entre a injeção só com bainha e com a bainha e mais uma injeção.

Segundo Ortigão (1997) a resistência do grampo ao cisalhamento no contato solo-

grampo pode ser melhorada com os seguintes cuidados:

• Limpeza do furo: a limpeza pode ser realizada a seco, utilizando água ou

outro fluido na lavagem;

• Materiais e fator água-cimento: empregando os componentes de calda e

cimento adequados, com fator água cimento apropriados;

• Tubo lateral de injeção: utilização de uma tubulação de plástico lateral,

especialmente em grampos longos, comprimentos maiores que 3,0m, deve

ser obrigatória, pois é essencial para garantir que a calda preencha todo o

furo;

• Aditivos: expansor de calda de cimento evita a retração da calda e a

diminuição do atrito. O acelerador de pega permite a mobilização do

reforço em menor tempo; deve-se ressaltar que o uso de alguns

aceleradores de pega causa corrosão na barra;

13

• Espaçadores e centralizadores: garantem que a barra fique centralizada no

furo evitando que haja uma descentralização da barra comprometendo a

ancoragem.

2.2.3 VALORES TÍPICOS DE RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO

É possível identificar na literatura diversos resultados de ensaios de arrancamento

que foram executados em diferentes obras.

Feijó e Erhlich (2001 e 2005) apud Lima (2007) apresentaram resultados de ensaio

de arrancamento em grampos injetados com calda de cimento no Rio de Janeiro. Os

ensaios foram realizados em solos residuais de gnaisse leptinítico e de biotita-gnaisse em

grampos com diferentes comprimentos. Foi constatado que os valores de resistência

unitária variaram com o tipo de solo e os resultados médios de qs para os grampos de 3m

variaram entre 145 e 295kPa e para os grampos com 6m, variaram entre 185 e 205kPa no

solo residual de biotita-gnaisse. Para o solo residual de gnaisse leptinítico, a faixa de

valores para grampos de 3m foi de 108 a 248kPa, já para os grampos com 6m, os valores

variaram na faixa de 95 a 190kPa. Observando os resultados é possível perceber que para

o mesmo material, os valores de qs foram praticamente constantes para os grampos de

comprimentos diferentes.

Proto Silva (2005) realizou ensaios de arrancamento para 4 cotas diferentes em

uma obra de solo grampeado executado em solo residual de gnaisse. Para estes ensaios,

os grampos foram instrumentados com strain gauges para melhor avaliação da

distribuição das cargas durantes os estágios de carregamento. Os ensaios forneceram

valores de qs entre 166 e 208kPa.

Springer (2006) realizou uma coletânea de 25 ensaios de arrancamento em solo

residual de gnaisse, utilizando grampos instrumentados com strain gauges. Para grampos

injetados uma única vez, os valores de resistência ficaram compreendidos entre 94 e

162kPa, enquanto os grampos que tiveram uma reinjeção apresentaram resultados entre

159 e 217kPa.

14

2.3. RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO A PARTIR DE PARÂMETROS DO SOLO

Em projetos preliminares, quando não há nenhum ensaio de arrancamento

realizado em campo, os valores de qs podem ser calculados em função de correlações

empíricas e/ou semi-empíricas.

Na literatura existem diversas propostas de correlação da resistência ao atrito

lateral do grampo com os diferentes parâmetros obtidos em ensaios de campos para solos,

como por exemplo, correlação de qs com a pressão limite de Ménard (p1), proposta pelo

trabalho de Bustamante e Doix (1985) e o trabalho de Ortigão (1997), que apresenta a

correlação entre qs e o número de golpes do ensaio SPT, N(SPT).

A proposta deste trabalho é estudar a correlação semi-empírica obtida por Proto

Silva (2005), que será apresentada a seguir.

Proto Silva (2005) desenvolve uma correlação semi-empírica para obtenção da

resistência arrancamento em função dos parâmetros de resistência do solo e da interface

solo/nata de cimento.

A relação foi obtida partir de ensaios de arrancamento em uma obra de solo

grampeado, executada em solo residual de gnaisse, e de ensaios de cisalhamento direto

no solo e na interface solo/nata de cimento.

Para tanto, o autor admite que o mecanismo de transferência de carga na interação

na interação solo/grampo se dá pelo deslizamento da nata de cimento no contato com o

solo. Pode-se então considerar que a resistência ao arrancamento (qs) obtida nos ensaios

de campo é igual a resistência ao cisalhamento na interface solo/grampo, obtida pelos

ensaios de cisalhamento direto na interface solo/nata de cimento. Estes ensaios foram

executados em corpos de prova moldados com estes dois materiais, com a superfície de

ruptura coincidindo com a interface. A equação abaixo apresenta a relação (PROTO

SILVA, 2005).

𝑞𝑠 = 𝜏

𝑞𝑠 = 𝜏 = 𝜆1. (𝑐′𝑎 + 𝜎𝑛. 𝑡𝑔𝛿 ′)

onde:

𝑞𝑠 – resistência ao arrancamento;

𝜏 – resistência ao cisalhamento;

15

𝜆1 – fator de carga;

𝑐′𝑎 – adesão da interface;

𝜎𝑛 – tensão normal aplicada ao grampo;

𝛿 ′- ângulo de atrito da interface.

A equação anterior pode também ser escrita em função dos parâmetros de

resistência do solo (PROTO SILVA, 2005):

𝑞𝑠 = 𝜆1.𝛼. (𝑐′ + 𝜎𝑛. 𝑡𝑔𝜑′)

onde:


𝜆1 – fator de carga;

𝛼 – coeficiente de interface;

𝑐′ – coesão do solo;


𝜑′- ângulo de atrito do solo.

Proto Silva (2005) apresenta um fator de carga (𝜆1) presente nas equações

anteriores e que envolve um conjunto de condicionantes, tais como:

• Fator de escala;

• Interação física entre a nata de cimento e o solo;

• Sucção dos solos não saturados;

• Efeito tridimensional do grampo;

• Condicionantes de projeto (espaçamento entre os grampos);

• Efeitos da reinjeção dos grampos estudados.

A Figura 6 apresenta a variação do fator de carga (𝜆1) com o aumento da tensão

vertical no solo caracterizado como areia argilosa (solo residual jovem).

16

Figura 6 : Fator de carga λ1 em função da tensão normal para o solo residual jovem de gnaisse

(PROTO SILVA, 2005).

Proto Silva (2005) realizou os arrancamentos em dois tipos de solo diferentes. A

Figura 6 apresenta a relação do fator de carga com a tensão normal para o solo residual

jovem de gnaisse. Na ocasião o autor também realizou ensaio em solo residual maduro

de gnaisse. A Figura 7, apresenta o resultado do fator de carga considerando os resultados

em solo residual jovem e em solo residual maduro (𝜆1∗ ) em função da tensão normal e

para solo residual de gnaisse.

Figura 7: Fator de carga λ1* em função da tensão normal para o solo residual de gnaisse (PROTO

SILVA, 2005).

17

O coeficiente de interface (𝛼) é utilizado devido à necessidade de se expressar a

resistência da interface solo/nata de cimento em função dos parâmetros de resistência do

solo e pode ser definido como (PROTO SILVA, 2005):

𝛼 =𝑐𝑎

′ + 𝜎𝑛 𝑡𝑔𝛿 ′

𝑐′ + 𝜎𝑛 𝑡𝑔𝜑′

onde:


𝑐𝑎′ – adesão solo/nata de cimento;


𝛿 ′- ângulo de atrito na interface solo/nata de cimento;



A Figura 8 define as curvas de variação do coeficiente de interface (𝛼) em função

da tensão normal para o grampo de solo residual maduro (solo 1) e solo residual jovem

de gnaisse (solo 2). (PROTO SILVA, 2005)

Figura 8: Relação entre o coeficiente de interface (α) e a tensão normal. (PROTO SILVA, 2005).

Então, com a determinação do fator de carga para solo residual de gnaisse (𝜆1∗ ),

com a definição do coeficiente de interface (α) e em função dos parâmetros de resistência

do solo (𝑐′ , 𝜑′ ), é possível escrever a equação semi-empírica de avaliação da resistênc ia

do grampo ao arrancamento (qs) em função destes, a saber (PROTO SILVA, 2005):

18

𝑞𝑠 = 𝜆1∗ .𝛼. (𝑐′ + 𝜎𝑛. 𝑡𝑔𝜑′)

onde:


𝜆1∗ – fator de carga para solo residual de gnaisse;



𝜎𝑛 – tensão normal aplicada ao grampo (meio do bulbo de ancoragem);


A expressão semi-empírica apresentada pelo autor apresentou resultados

satisfatórios para os solos residuais de gnaisse.

19

3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

3.1. PROCEDIMENTOS DE LABORATÓRIO

3.1.1 Amostragem em campo

O local utilizado para o estudo é apresentado na Figura 9 a seguir. Trata-se de um

talude de corte executado com revestimento de face em tela associado a geomanta, sendo

este localizado no município de Duque de Caxias/RJ.

Figura 9: Talude utilizado no estudo.

A retirada das amostras indeformadas do solo foi feita a partir da cravação no

talude de três cilindros biselados em um dos lados, com as dimensões de 12cm (H) x

10cm (D), denominados amostradores de campo. Para a realização das cravações, a tela

do faceamento foi aberta na emenda e a camada mais superficial de material foi

desbastada, conforme ilustrado na Figura 10 (a) e (b).

20

Figura 10: (a) Abertura da tela da face do talude. (b) Desbaste da camada superficial de material.

O processo de cravação dos cilindros no talude se deu de forma manual e estática,

de modo que a perturbação no solo que seria usado para a realização dos ensaios de

laboratório fosse a mínima possível (Figura 11). Imediatamente após a retirada do cilindro

do talude, o mesmo foi embrulhado em plástico filme, para evitar a perda de umidade, e,

após o término do processo descrito para os três cilindros, os mesmos foram transportados

para o laboratório e mantidos na câmara úmida (Figura 12). O maior período de tempo

entre a retirada das amostras de campo e realização dos ensaios foi de 15 dias.

Figura 11: Cilindro sendo cravado no talude.

(b) (a)

21

Figura 12: (a) Cilindro com solo envolto em plástico filme. (b) Cilindros prontos para serem

transportados à câmara úmida.

3.1.2 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO

Para a caracterização do solo, foi realizado o ensaio de granulometria com

peneiramento e sedimentação de acordo com a norma NBR7181/84 - ABNT, foi

calculada a densidade real dos grãos, segundo a norma NBR 6508/84 - ABNT e, para os

Limites de Atterberg, a determinação do Limite de Liquidez de solos seguiu a NBR

6459/84 – ABNT enquanto a determinação do Limite de Plasticidade foi realizado de

acordo com a NBR 7180/84 – ABNT.

Para a realização dos ensaios, as amostras de solo foram previamente separadas,

secas ao ar, destorroadas e passadas no quarteador. No ensaio de sedimentação, foi

utilizado defloculante com solução de hexametafosfato de sódio.

As figuras Figura 13 e Figura 14 abaixo apresentam os resultados destes ensaios,

com a curva granulométrica e Limites de Atterberg, respectivamente.

(b) (a)

22

Figura 13: Curva granulométrica do solo em estudo.

Figura 14: Limites de Atterberg.

De acordo com a distribuição granulométrica e seguindo o Sistema Unificado de

Classificação dos Solos (SUCS), que leva em conta os Limites de Atterberg, o solo pode

ser classificado como um silte arenoso de alta compressibilidade.

10

100

45,0 47,0 49,0 51,0 53,0 55,0 57,0 59,0 61,0 63,0 65,0 67,0 69,0

Nú

me

ro d

e G

olp

es

Umidade, %

LL= 56,0% LP= 31,0%IP= 25,0%

23

O valor da densidade real dos grãos (Gs) obtido para este material foi de 2,63.

Sandroni (1981) apud Bernardes (2003), apresenta, conforme a Tabela 2, valores de

características físicas típicas de solos residuais.

Tabela 2: Características físicas de solos residuais brasileiros (Sandroni, 1985 apud Bernardes

2003).

Pode-se observar pela Tabela 2 que a densidade real dos grãos do solo estudado

está compreendida na faixa de valores característicos de solos residuais de gnaisse.

3.1.3 DETERMINAÇÃO DOS ÍNDICES FÍSICOS

Antes do início de cada ensaio de cisalhamento direto, foram determinados os

valores do peso específico natural (n), da umidade (w), e do índice de vazios de cada

corpo de prova. Para os ensaios em material inundado, os valores de umidade referem-se

à condição anterior à inundação. A Tabela 3 abaixo apresenta os resultados dos índices

para cada ensaio realizado.

Tabela 3: Índices físicos dos corpos de prova antes do início dos ensaios de cisalhamento direto.

Os valores médios de peso específico natural (γn,méd), do peso específico seco

(γd,méd) e do índice de vazios (eméd) estão resumidos na Tabela 4.

Rocha MatrizDensidade dos

Grãos (Gs)

Gnaisse 2,60-2,80

Quartzito 2,65-2,75

Xisto 2,70-2,90

Filito e Ardósia 2,75-2,90

Basalto 2,80-3,20

Índice de vazios (e)

0,3-1,1

0,5-0,9

0,6-1,2

0,9-1,3

1,2-2,1

Ensaio Tensão (kPa) ɣn (kN/m³) w (%) ɣd (kN/m³) e

25 17,33 24,08 13,97 0,88

50 18,43 24,40 14,81 0,77

100 17,89 23,46 14,49 0,81

25 19,06 23,17 15,47 0,70

50 17,86 24,51 14,34 0,83

100 18,85 20,82 15,60 0,68

150 18,85 22,14 15,43 0,70

Inundado

Umidade Natural

24

Tabela 4: Índices físicos médios.

A curva granulométrica e os valores médios encontrados para o índice de vazios,

associados com o valor encontrado para a densidade real dos grãos são compatíveis com

um solo residual de gnaisse.

3.1.4 CISALHAMENTO DIRETO

Foram realizados 7 (sete) ensaios de cisalhamento direto para obtenção de

parâmetros de resistência do solo em estudo, sendo 3 (três) ensaios com os corpos de

prova submersos e 4 (quatro) ensaios com os corpos de prova em sua umidade natural.

Os ensaios foram realizados nas tensões normais de 25, 50 e 100kPa para a condição de

material inundado e nas tensões normais de 25, 50, 100 e 150kPa para a condição de

material em umidade natural. Estas tensões foram definidas com base na profundidade

estimada do bulbo de ancoragem dos grampos e com o peso específico do solo, a fim de

melhor representar o estado de tensões normais atuantes nos grampos.

Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados no Laboratório de Mecânica

dos Solos Prof. Fernando Emmanuel Barata da Escola Politécnica da Universidad e

Federal do Rio de Janeiro.

O equipamento utilizado foi a prensa de cisalhamento direto (Figura 15) fabricado

pela Ronald Top S/A.

A tensão vertical foi aplicada por meio de pesos. As leituras dos deslocamentos

verticais e horizontais foram realizadas através de extensômetros com sensibilidade de

0,01mm. As leituras da força vertical foram realizadas através de um anel dinamométr ico

de constante igual a 0,074kgf.div-1 e capacidade de carga de 300kgf.

ɣn,méd (kN/m³) 18,32

ɣd,méd (kN/m³) 14,87

eméd 0,77

25

Figura 15: Equipamento utilizado nos ensaios de cisalhamento direto.

3.1.4.1 MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA

A moldagem dos corpos de prova em laboratório se deu pela cravação de um anel

biselado quadrado, com altura de 2,0cm nas amostras trazidas ao laboratório, de acordo

com as etapas abaixo:

• Primeiramente extraiu-se do cilindro metálico uma parte do solo,

pressionando o mesmo sobre uma base também cilíndrica de diâmetro

inferior ao diâmetro interno cilindro (Figura 16 (a));

• Em seguida, o anel quadrado foi cravado cuidadosamente em pequenas

etapas, intercalando-se a cravação com a desbastamento lateral da

amostra, a fim de se obter um corpo de prova que preenchesse todo o

amostrador (Figura 16 (b)). Durante a desbastação, foram captadas

amostras de solo, armazenadas em cápsulas e levadas às estufas, para

verificação de teores de umidade (Figura 16 (c));

• Repetiram-se os dois procedimentos anteriores até o topo do solo passar

do topo do anel. A seguir o anel é separado da amostra original;

• Por fim iniciou-se o processo de arrasamento do corpo de prova,

deixando-o o mais nivelado possível com o anel quadrado, em suas faces

superior e inferior (Figura 17).

26

Antes do início de cada ensaio de cisalhamento, todos os corpos de prova foram

pesados para a determinação de seus índices físicos.

Figura 16: (a) Extrusão de parte do solo para início da cravação. (b) Cravação com desbaste das

laterais. (c) Coleta de amostras em cápsula.

(b) (a)

(c)

27

Figura 17: (a) Amostra retirada antes do arrasamento. (b) Amostra arrasada.

O processo de retirada dos corpos de prova do amostrador de laboratório para a

caixa bipartida deu-se através da prensa ISC –Índice de Suporte Califórnia mecânica

manual, com a ajuda de um soquete de madeira para facilitar a distribuição de tensões e

evitar um amolgamento do material durante o processo (Figura 18).

Uma vez que os corpos de prova estivessem dentro da caixa bipartida, para a

realização dos ensaios com material inundado, iniciou-se o processo de saturação das

amostras mantendo-as por um período não menor que 24h submersas em água, dentro da

própria banheira do equipamento onde seria realizado o ensaio de cisalhamento direto, e

com o pendural já na posição final de início do ensaio de cisalhamento, porém sem as

cargas do ensaio aplicadas.

Figura 18: (a) Amostra posicionada sobre a caixa bipartida. (b) Extração com ajuda do soquete de

madeira.

(a) (b)

(a) (b)

28

3.1.4.2 DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO ENSAIO

Sabe-se que uma das etapas do ensaio de cisalhamento é o adensamento do corpo

de prova. As fases de adensamento tiveram duração de 24h para corpos de provas

submersos e 2h para os corpos de prova que seriam ensaiados em sua umidade natural,

ou até ser observada uma constância na sua deformação, durando não mais que 4h.

A partir destas fases de adensamento foi possível obter a velocidade de

cisalhamento dos ensaios a partir do método proposto por Gibson e Henkel (1954), sendo

esta definida em 0,03mm/min, a fim de se obter uma condição drenada de cisalhamento.

3.1.4.3 CISALHAMENTO EM CORPOS DE PROVA INUNDADOS

A seguir, serão apresentados os resultados dos ensaios para os corpos de prova na

condição inundada, para as tensões normais de 25, 50 e 100kPa.

Na Figura 19 abaixo, observa-se que há a presença de pico no gráfico de tensão-

deformação apenas para o ensaio realizado na tensão de 25kPa, sendo as demais curvas

sem esta característica. Nota-se pela Figura 20 que, durante os ensaios, os corpos de prova

submetidos à tensão de 100 e 50kPa contraíram, enquanto o material cisalhado com

tensão de 25kPa apresentou significativa expansão.

Figura 19: Tensão cisalhante versus deslocamento horizontal – Solo inundado.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ten

são

cis

alh

an

te (k

Pa

)

Deslocamento horizontal (mm)

100Pa

50kPa

25kPa

29

Figura 20: Deslocamento vertical versus deslocamento horizontal – Solo inundado.

A seguir, apresentam-se os resultados dos ensaios em termos de tensão cisalhante

normalizada (τ/σ’). O pico pode ser observado apenas no ensaio realizado a tensão de

25kPa (Figura 21).

Figura 21: Tensão cisalhante normalizada versus deslocamento horizontal – Solo inundado.

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Des

loca

men

to v

erti

cal (

mm

)


100Pa

50kPa

25kPa

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ten

são

cis

alh

ante

no

rmal

izad

a


100Pa

50kPa

25kPa

30

A envoltória de resistência para este solo nas condições descritas, resulta num

intercepto coesivo (c) que vale 12kPa e um ângulo de atrito (ϕ) de 28°, conforme Figura

22.

Figura 22: Envoltória de resistência - Solo Inundado.

y = 0,5411x + 11,579R² = 0,9989

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120 140

Ten

são

cis

alh

ante

(kP

a)

Tensão normal (kPa)

31

3.1.4.4 CISALHAMENTO EM CORPOS DE PROVA NA UMIDADE NATURAL

Para os ensaios em condição de umidade natural, foram realizados inicialmente

três ensaios nas tensões de 100, 50 e 25kPa. Uma vez que os resultados destes ensaios

foram analisados, resolveu-se por realizar mais um ensaio em uma tensão de 150kPa, a

fim de definir melhor a envoltória de resistência para a condição de cisalhamento em

unidade natural.

Abaixo, apresentam-se os resultados dos ensaios.

Figura 23: Tensão cisalhante versus deslocamento horizontal – Umidade natural.

Pelo gráfico tensão-deformação apresentado na Figura 23, observa-se novamente

que apenas o ensaio de 25kPa apresenta um pico bem definido. Pelo gráfico da Figura 24,

que relaciona o deslocamento vertical com o horizontal, conclui-se que houve uma

contração inicial de todos os corpos de prova, sendo o CP ensaiado a 150kPa apresentando

este comportamento até o final do ensaio e os demais expandindo.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ten

são

cis

alh

ante

(kP

a)


150kPa

100kPa

25kPa

50kPa

32

Figura 24: Deslocamento vertical versus deslocamento horizontal – Umidade natural.

Figura 25: Tensão cisalhante normalizada versus deslocamento horizontal – Umidade natural.

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Des

loca

men

to v

erti

cal (

mm

)


150kPa

100kPa

50kPa

25kPa

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ten

são

cis

alh

ante

no

rmal

izad

a


150kPa

100kPa

50kPa

25kPa

33

Através da Figura 25 acima, os resultados dos ensaios em termos de tensão

cisalhante normalizada (τ/σ’) são apresentados. Em seguida mostra-se, pela Figura 26, a

envoltória de resistência para o material na condição natural.

Figura 26: Envoltória de resistência – Umidade natural.

A envoltória de resistência do solo em umidade natural indicou uma coesão (c)

de 29kPa e um ângulo de atrito (ϕ) de 34°.

y = 0,6767x + 28,682R² = 0,989

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Ten

são

cis

alh

ante

(kP

a)

Tensão normal (kPa)

34

3.2. PROCEDIMENTOS DE CAMPO

3.2.1 ENSAIOS DE ARRANCAMENTO DE GRAMPOS

Para a realização dos ensaios de arrancamento, foram executados grampos de

acordo com três metodologias executivas diferentes, denominadas TIPO A, TIPO L e

TIPO R, que serão detalhadas mais a frente. Foram executados dez grampos para serem

ensaiados e a figura 3.1 a seguir apresenta um croqui da locação dos grampos no talude.

Figura 27: Locação dos grampos no talude

3.2.1.1 MONTAGEM DOS GRAMPOS

Todas as barras utilizadas foram do tipo Pinofix - PX25, com carga de trabalho de

13tf e diâmetro de 23mm. O comprimento total das barras é de 5,0m, sendo 4,0m em solo

e 1,0m de prolongamento para fora do talude, para permitir a realização dos ensaios. As

barras foram inseridas num furo previamente executado com 75mm de diâmetro.

Todas as barras foram equipadas com obturador de espuma para garantia do trecho

livre, com um tubo de reinjeção com 4,5m de comprimento de 15mm de diâmetro e com

um tubo de respiro, com 1,7m e mesmo diâmetro do tubo de reinjeção. Para garantir que,

na fase de instalação, as barras de aço permanecessem no centro do furo, foram instalados

centralizadores ao longo das barras, espaçados a cada um metro, para impedir um contato

da barra com as paredes do furo e comprometer o ensaio.

Os grampos foram executados com um comprimento ancorado de 3,0m e 1,0m de

comprimento livre, sendo este comprimento livre garantido pelo obturador de espuma.

As Figura 28 e Figura 29 a seguir apresentam, respectivamente, um detalhe esquemático

35

da montagem dos grampos e uma seção transversal mostrando o esquema do grampo

inserido no talude.

Figura 28: Esquema de montagem dos grampos.

Figura 29: Seção de grampo inserido no talude.

3.2.1.2 MÉTODOS EXECUTIVOS

A) Método TIPO A

O furo foi executado através da perfuração a ar comprimido, numa

inclinação de 15°, utilizando-se como equipamento de perfuração uma

perfuratriz manual leve (Figura 30) e o avanço do furo foi executado com o

auxílio de hastes (Figura 31 e Figura 32), cada uma com 1,0m de

comprimento. A ponta da primeira haste, que perfura o solo, é equipada com

um tricone, enquanto as demais eram emendadas nesta, até que se atingisse o

comprimento de perfuração desejado, 4 metros.

Para este método, a limpeza do furo após a perfuração foi executada apenas

com a utilização de ar comprimido. Após a limpeza, foi executada a injeção

36

da calda de cimento através da bomba de injeção, a partir do fundo do furo

para a boca; em seguida, a barra de aço foi inserida no furo.

B) Método TIPO L

Neste método, o processo de perfuração com o avanço do tricone foi

executado de maneira idêntica ao método TIPO A. A peculiaridade deste

método está na limpeza do furo, que foi executada com a utilização de água e

não pelo uso do ar comprimido, conforme visto anteriormente.

Os processos de injeção de calda de cimento e de inserção da barra no furo

foram executados de maneira similar ao visto anteriormente.

C) Método TIPO R

Este método é análogo ao método do TIPO A no que diz respeito à

execução do furo, limpeza e à instalação da barra. A singularidade deste está

na reinjeção da nata de cimento. Grampos executados por este método

passaram pelo processo de reinjeção de calda de cimento, através do tubo de

reinjeção. Este processo foi realizado 2h após o término da injeção de calda

no grampo com o único propósito de minimizar os efeitos da retração da calda

de cimento após o início do processo de cura. Tendo em vista que a cura ainda

não estava atingida, as pressões de injeção eram baixas.

Figura 30: Perfuratriz manual utilizada na perfuração.

37

Figura 31: Haste acoplada com tricone.

Figura 32: Conjunto de hastes para avanço do tricone no furo.

A seguir serão apresentadas imagens que mostram os grampos montados antes de

serem inseridos no furo (Figura 33), a execução da perfuração com a perfuratriz manual

leve (Figura 34) e a inserção da barra no furo (Figura 35) , para melhor entendimento do

processo.

38

Figura 33: Grampos montados.

Figura 34: Execução da perfuração.

Figura 35: Posicionamento do grampo no furo.

39

3.2.1.3 ENSAIOS DE ARRANCAMENTO

Para a realização dos ensaios de arrancamento, foram utilizados um macaco com

capacidade de carga de 300kN e um extensômetro digital com precisão de 0,01mm,

posicionado na placa de referência. Este extensômetro foi instalado sobre uma superfíc ie

indeslocável, para medir corretamente o deslocamento gerado. A Figura 36 abaixo

apresenta um esquema de montagem dos ensaios de arrancamento e a Figura 37 apresenta

um ensaio montado em campo, para os grampos situados na cota mais superior do talude,

o ensaio foi realizado sobre andaime.

Figura 36: Esquema de montagem de ensaio de arrancamento.

Figura 37: Ensaio de arrancamento montado.

40

Antes do início do ensaio de arrancamento foi definida que a carga máxima de

ensaio seria de 225kN, com incrementos de carga de 10% a cada estágio, até que fosse

atingida a carga máxima de ensaio. Esta carga do ensaio foi definida a partir da

multiplicação da carga de trabalho do grampo, fornecida pelo fabricante da barra e que

vale 130kN, por 1,75.

Após a montagem do sistema de reação, foi posicionado o extensômetro para a

leitura do deslocamento da cabeça do furo e iniciou-se o processo de aplicação de carga

pelo conjunto macaco-bomba.

As leituras eram realizadas através do extensômetro e, antes de ser aplicado a

próximo estágio de carga, era necessário que o deslocamento fosse estabilizado ou, caso

este não se estabilizasse, o novo estágio de carga era aplicado após 2 minutos. A Figura

38 seguir apresenta o boletim de campo utilizado nos ensaios.

Figura 38: Boletim de campo para ensaios de arrancamento.

Data do ensaio:

Obra:

Operador:

Macaco:

Constante (kg/cm²)/kN:

Grampo nº:

Tipo/Aço:

Diâmetro do furo (mm):

Comprimento livre (m):

Compr. Ancorado (m):

Compr. Extensão (m):

Trabalho Ensaio

Ciclo Carga (kN)Pressão

(kg/cm²)Leitura (mm)

0,0F 0 0

0,1F 24 50

0,2F 44 90

0,3F 68 140

0,4F 87 180

0,5F 112 230

0,6F 141 290

0,7F 155 320

0,8F 180 370

0,9F 199 410

1,0F 223 460

0,8F 180 370

0,6F 136 280

0,4F 87 180

0,2F 44 90

0,0F 0 0

Observações:

Cargas (kN)

Incorporação

Dados de campo do ensaio

MCH 008

2,061

41

Os ensaios eram executados até que fosse atingida a carga máxima de ensaio ou

quando não fosse detectado nenhum aumento de pressão na bomba e os deslocamentos

estivessem aumentando. Quando um destes eventos fosse notado, marcava-se o fim dos

estágios de carregamento e dava-se início aos estágios de descarregamento.

Os estágios de descarregamento seguiam conforme o boletim de campo ou,

quando não era atingida a carga máxima de ensaio, era adaptado para a realidade do

ensaio.

Na Figura 39 a seguir é apresentada a planilha do ensaio do Grampo 1 a título de

exemplo. As demais planilhas são apresentadas no Apêndice A.

42

Cliente:

Obra:

Local:

GRAMPO Nº: Número:

Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:

Manômetro Carga Leitura Deslocament

o

ΔL / Estágio OBSERVAÇÕES:

(kgf/cm2) (kN) (mm) (mm) (mm)

0 0,0 -0,01 0,00 0,00

50 25,6 0,91 0,92 0,92

90 46,1 1,95 1,96 1,04

130 66,5 6,69 6,70 4,74

130 66,5 10,04 10,05 3,35

130 66,5 20,11 20,12 10,07

130 66,5 29,86 29,87 9,75

130 66,5 39,76 39,77 9,90

130 66,5 49,96 49,97 10,20

60 30,7 49,28 49,29 -0,68

0 0,0 47,97 47,98 -1,31

ANCORAGEM

MCH 008

75 mm José Magesk

Relação de

carga:1,954 (kgf/cm²)/kN

ENSAIO DE ARRANCAMENTO DE GRAMPO

01

PX 25

MACACO-BOMBA-MANÔMETRO

SEEL

CAMPO EXPERIMENTAL DUQUE DE CAXIAS

DADOS DO ENSAIO

R. AÇU 1500, ENG. DO PORTO - DUQUE DE CAXIAS / RJ

23 mm

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)

Ensaio de arrancamento - Grampo 01

Figura 39: Planilha de tratamento de dados - Grampo 1.

43

Algumas observações acerca da execução dos grampos e dos ensaios devem ser

destacadas:

• O furo do grampo 06, que a princípio era do TIPO A – com limpeza a ar, fechou.

Resolveu-se então transformá- lo num TIPO L – limpando e desobstruindo o furo

com água;

• Há uma dificuldade em controlar o limite entre o trecho livre e o trecho ancorado,

uma vez que em grampos montados com espuma folgada no furo podem

apresentar calda de cimento no trecho livre, comprometendo o resultado dos

ensaios, sugere-se executar uma bainha de PVC lubrificada minimizando os

efeitos do atrito no trecho livre;

• Os deslocamentos dos grampos em todos os estágios de carregamento durante os

ensaios de arrancamento se estabilizaram com 2 minutos ou menos;

• Há a necessidade de que o eixo do macaco e o eixo do grampo estejam alinhados,

garantindo que toda carga aplicada ao grampo durante o ensaio seja de tração;

• Durante a fase de descarregamento, é necessário que este seja efetuado de forma

controlada. Se for executado de forma rápida o peso do macaco pode alterar a

posição do extensômetro, fazendo com que a leitura seja perdida;

• A Tabela 5 a seguir mostra o esquema relacionando cada grampo com o método

executivo utilizado.

Tabela 5: Relação de grampos executados de acordo com os métodos executivos.

Um resumo dos ensaios será apresentado nos gráficos a seguir, organizados de

acordo com o método executivo de cada grampo.

Grampo Tipo

1 R

2 L

3 A

4 R

5 L

6 L

7 R

8 L

9 A

10 A

Limpeza do furo com ar; com

uma reinjeção

Limpeza do furo com água;

sem reinjeção

Limpeza do furo a ar; sem

reinjeção

Legenda

Tipo A

Tipo L

Tipo R

44

Figura 40: Gráfico dos ensaios de arrancamento dos grampos TIPO A.

Figura 41: Gráfico dos ensaios de arrancamento dos grampos TIPO L.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 20 40 60 80

Ca

rga

axi

al (k

N)

Alongamento (mm)

Grampo 03 - Tipo A

Grampo 09 - Tipo A

Grampo 10 - Tipo A

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

-5 15 35 55 75

Ca

rga

axi

al (k

N)

Alongamento (mm)

Grampo 02 - Tipo L

Grampo 05 - Tipo L

Grampo 06 - Tipo L

Grampo 08 - Tipo L

45

Figura 42: Gráfico dos ensaios de arrancamento dos grampos TIPO R.

Os ensaios realizados nos grampos executados com limpeza do furo a ar, Figura

40, apresentaram, para os grampos 3 e 9, uma similaridade entre os valores de carga

máxima atingida. O grampo 10 apresentou um comportamento destoante dos demais da

mesma categoria. Acredita-se que o motivo esteja na montagem deste grampo, que foi

realizada em campo. Verificou-se que a espuma do trecho livre ficou folgada no furo e a

calda de cimento ficou impregnada de uma forma que não se previa, ajudando a aumentar

a resistência ao atrito. Notou-se também um considerável afundamento da face do talude

na região deste grampo, após o término do ensaio, sugerindo que a massa de solo

circundante à espuma tenha contribuído para o aumento do atrito na região do trecho livre.

Os ensaios dos grampos TIPO – L, representados na Figura 41, apresentaram

valores médios de carga máxima de ruptura de 85kN. Durante os primeiros estágios de

carga do grampo 8, o extensômetro marcou leituras menores que zero. Este fato deve-se

à conformação do aparato de ensaio na superfície do talude. Neste caso, houve uma

acomodação dos dormentes adjacentes à superfície irregular do talude, fazendo com que

a placa de referência deslocasse no sentido contrário ao esperado pelo ensaio. O grampo

5 exemplifica um caso de perda de referencial de medida durante o descarregamento. A

despressurização da bomba foi realizada de forma abrupta para o último estágio de

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Ca

rga

axi

al (k

N)

Alongamento (mm)

Grampo 07 - Tipo R

Grampo 01 - Tipo R

Grampo 04 - Tipo R

46

descarga, fazendo-se com que o conjunto deslocasse a ponto de a última leitura ser

perdida.

Para os grampos reinjetados (TIPO-R), Figura 42, o ganho de resistência variou,

porém, quando comparados valores médios de qs de grampos reinjetados com valores

médios dos demais qs, o ganho foi da ordem de 20%.

Nota-se que o ganho de resistência conferido aos grampos executados com

limpeza do furo a água com relação aos executados com limpeza a ar, para esta gama de

ensaios, foi menor que 5%. O processo de reinjeção se mostrou o mais eficaz para

obtenção de aumento de qs.

47

4. ANÁLISE DOS RESULTADOS

Este capítulo apresenta os resultados encontrados nos ensaios de laboratório e de

campo. Além disso, é avaliada a relação proposta por Proto Silva (2005) para estimativa

de qs a partir dos parâmetros de resistência do solo, com os resultados obtidos nos ensaios

de cisalhamento direto deste trabalho, comparada com os resultados dos ensaios de

arrancamento realizados no mesmo solo. Para os ensaios realizados em grampos com

reinjeção, é realizada a verificação da conclusão de Springer (2006) acerca do efeito da

reinjeção na resistência ao arrancamento dos grampos.

4.1 ENSAIOS DE LABORATÓRIO

Dos ensaios de laboratório, os resultados estão resumidos abaixo de acordo com

as Tabela 6 e Tabela 7.

Tabela 6: Parâmetros de resistência do solo em estudo.

Tabela 7: Índices físicos do solo em estudo.

Como visto no capítulo anterior, o solo em estudo pode ser classificado como um

silte arenoso. Quanto à origem, de acordo com os resultados dos ensaios caracterização

realizados, o material apresenta características de um solo residual de gnaisse.

4.2 ENSAIOS DE CAMPO

Para os ensaios de arrancamento realizados em campo, cujos boletins encontram-

se no capítulo 3, a obtenção de qs se dá utilizando a fórmula abaixo.

𝑞𝑠 =𝐹𝑟𝑢𝑝

𝜋. ∅𝑓𝑢𝑟𝑜 . 𝐿𝑖𝑛𝑗.

onde,

𝐹𝑟𝑢𝑝 – força de ruptura obtida no ensaio;

Condição c' (kPa) ϕ' (°)

Inundado 12 28

Umid. Natural 29 34

ɣn,méd (kN/m³) 18,32

ɣd,méd (kN/m³) 14,87

eméd 0,77

48

𝐿 𝑖𝑛𝑗. – comprimento do trecho ancorado;

∅𝑓𝑢𝑟𝑜 – diâmetro do furo.

A Tabela 8 a seguir apresenta os valores de qs obtidos para cada grampo, conforme

os ensaios realizados em campo.

Tabela 8: Relação dos resultados dos ensaios de arrancamento realizados.

4.3 AVALIAÇÃO DA ESTIMATIVA DA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO

Para estimar a resistência ao arrancamento, foi utilizada a proposta de Proto Silva

(2005), apresentada anteriormente no capítulo 2 deste trabalho. A determinação do fator

de carga (𝜆1∗ ) será dada através da Figura 7. Assim, devido ao fato de Proto Silva (2005)

não utilizar grampos reinjetados em sua pesquisa, os pontos plotados na Figura 7 não

consideram o efeito da reinjeção. Portanto, para esta análise, serão descartados os

grampos reinjetados. A relação é novamente mostrada a seguir.

𝑞𝑠∗ = 𝜆1

∗ .𝛼. (𝑐′ + 𝜎𝑛 . 𝑡𝑔𝜑′)

onde:

𝑞𝑠 ∗ – resistência ao arrancamento;

𝜆1∗ – fator de carga para solo residual de gnaisse;



Grampo Linj. (m)Força axial

máx. (kN)qs (kPa) Tipo

01 3,0 66,5 94,1 R

02 3,0 66,5 94,1 L

03 3,0 61,4 86,9 A

04 3,0 92,1 130,3 R

05 3,0 76,8 108,6 L

06 3,0 107,5 152,1 L

07 3,0 138,2 195,5 R

08 3,0 87,0 123,1 L

09 3,0 76,8 108,6 A

10 3,0 102,4 144,9 A

49



Para estimativa de qs a partir da relação, serão considerados os parâmetros de

resistência em condições de umidade natural, acredita-se que esta situação representa

mais adequadamente as condições encontradas em campo.

Para a consideração do coeficiente de interface 𝛼, foi utilizada a curva apresentada

na Figura 8 para o solo 1. Quando avaliados os ensaios de granulometria e caracterização

do solo em estudo nesta pesquisa, este apresenta índices físicos que se aproximam de um

solo residual jovem.

No cálculo das tensões normais relacionadas na Tabela 9, foi considerado o peso

específico natural médio (γn,méd.) e a altura correspondente ao meio do trecho injetado

(Hlinj.,méd.), conforme a equação mostrada a seguir. Ressalta-se que os grampos foram

executados no talude com inclinação de 15º.

𝜎𝑛,𝑚é𝑑. = 𝛾𝑛,𝑚é𝑑. 𝑥 𝐻𝑙𝑖𝑛𝑗.,𝑚é𝑑

onde:

𝜎𝑛,𝑚é𝑑 . – tensão normal média atuante no trecho injetado;

𝛾𝑛,𝑚é𝑑. – peso específico médio do solo em estudo;

𝐻𝑙𝑖𝑛𝑗.,𝑚é𝑑 – altura correspondente ao meio do trecho injetado.

A Figura 43 a seguir esquematiza a consideração utilizada para obtenção de

Hlinj,méd.

Figura 43: Seção transversal típica do talude.

50

Tabela 9: Tensão normal atuante em cada grampo.

Para cada grampo, as informações estão apresentadas em tabelas a fim de

organizar melhor os parâmetros e coeficientes considerados, qs* refere-se ao valor da

resistência ao arrancamento estimado pela proposta do autor.

Tabela 10: Parâmetros adotados para a obtenção de qs* - Grampo 02.





Grampo Hlinj.,méd.

(m)

σn,méd.

(kPa)

02 2,5 45,8

03 2,9 52,2

05 3,5 63,2

06 3,8 69,6

08 2,2 40,3

09 2,3 41,2

10 3,3 59,5

Solo σn,méd.

(kPa)c' (kPa) ϕ' (°) α λ1* qs* (kPa)

SRJ 45,8 29 34 0,72 2,1 89,5

Solo σn,méd.


SRJ 52,2 29 34 0,73 2,0 96,1

Solo σn,méd.


SRJ 63,2 29 34 0,76 2,0 109,1

Solo σn,méd.


SRJ 69,6 29 34 0,77 2,0 115,7

Solo σn,méd.


SRJ 40,3 29 34 0,69 2,1 81,3

51



Para uma melhor análise dos resultados, resolveu-se agrupar os grampos por faixa

de tensões normais atuantes nos mesmos. A seguir, será apresentado um resumo da

resistência ao arrancamento obtida pela relação semi-empírica proposta por Proto Silva

(2005) para a consideração de solo residual jovem (qs(SRJ)σn,méd*), comparada com a

resistência ao arrancamento obtida em ensaios de campo (qs).

Tabela 17: Resultados da estimativa de grampos do Grupo 1.



Solo σn,méd.


SRJ 41,2 29 34 0,7 2,1 83,3

Solo σn,méd.


SRJ 59,5 29 34 0,75 2,0 104,7

Grupo 01

Grampo qs (kPa) qs(SRJ)45* (kPa)

2,0 94,1

8,0 123,1

9,0 108,6

Média 108,6 88,8

σn,méd. (kPa) - 45kPa

88,8

Grupo 02


3,0 86,9

10,0 144,9

Média 115,9 99,7


99,7

Grupo 03


5,0 108,6

6,0 152,1

Média 130,4 110,5


110,5

52

A partir dos resultados anteriores pode-se inferir que a relação de Proto Silva

(2005) para a estimativa de qs a partir de c’ e φ’, apresenta valores estimados muito

próximos dos obtidos nos ensaios de arrancamento realizados em campo, em um talude

de solo residual de gnaisse.

As comparações dos resultados obtidos pela estimativa proposta pelo autor com

os resultados obtidos pelo procedimento de campo para obter a resistência ao

arrancamento, sugerem que os valores estimados variam numa faixa de 82% a 86% do

valor obtido nos ensaios de campo. Mostra-se que esta correlação semi-empírica fornece

uma boa estimativa, podendo ser adotada por projetistas para estimar qs em projetos de

estruturas grampeadas em solos residuais de gnaisse. Ressalta-se que a utilização de

qualquer correlação para estimativa de resistência ao arrancamento não isenta o projetista

de realizar os ensaios de campo para verificar se os parâmetros estimados na fase de

projeto foram satisfatórios.

Para fins de contribuição científica ao trabalho desenvolvido por Proto Silva

(2005), a Figura 44 apresenta a relação entre o fator de carga (𝜆1∗∗) para solos residuais

de gnaisse e a tensão normal considerando os ensaios de arrancamento realizados nesta

pesquisa, associados ao trabalho de Proto Silva (2005). Devido ao fato de o grampo 7 ser

o único executado na faixa de 30kPa e pela falta de outros grampos executados por

diferentes métodos na mesma faixa, este não foi considerado para a nova relação do fator

de carga. Observa-se na relação fator de carga (𝜆1∗∗) x tensão normal um comportamento

com uma dispersão reduzida, confirmado pelo valor do coeficiente de determinação.

Figura 44: Fator de carga para solos residuais de gnaisse.

53

4.4 AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA REINJEÇÃO NA RESISTÊNCIA AO

ARRANCAMENTO

Na presente pesquisa, os grampos 01, 04 e 07 foram executados com uma

reinjeção e posteriormente arrancados de acordo com os procedimentos já explicados no

capítulo 3. Segundo Springer (2006), os grampos reinjetados em solo residual jovem

apresentam, em média, 27% de ganho de resistência ao arrancamento (qs) quando

comparados com grampos executados com apenas uma injeção.

Os resultados dos ensaios de arrancamento obtidos apresentam um valor médio

de qs da ordem de 117kPa para grampos com apenas uma injeção por gravidade. A média

dos valores de resistência ao arrancamento para grampos reinjetados foi de 140kPa, ou

seja, houve um ganho da ordem de 20% na resistência com a execução de uma reinjeção,

se aproximando da previsão de Springer (2006) para efeito da reinjeção em um solo

residual jovem.

54

5. CONCLUSÃO

Com relação aos ensaios de laboratório, a curva granulométrica apresenta um solo

formado de finos, com a porcentagem de silte predominante em sua composição, em torno

de 43%, sendo este caracterizado como um silte arenoso de alta compressibilidade.

Identifica-se que, quanto a origem, o solo apresenta características sugestivas de um solo

residual originado de uma rocha matriz de gnaisse.

O resultado dos ensaios de cisalhamento direto mostra uma significativa alteração

nos parâmetros de resistência quando comparados os resultados obtidos na umidade

natural com os determinados na condição submersa. Houve uma queda de

aproximadamente 60% da coesão efetiva e de 18% do ângulo de atrito efetivo, do ensaio

na condição natural para a condição inundada.

Durante a montagem e execução dos ensaios de arrancamento, foi identificada

uma dificuldade em limitar os trechos livres e ancorados conforme o planejado. Além

disso, é extremamente necessário que, durante os ensaios de arrancamento, o eixo do

macaco esteja alinhado com o eixo dos grampos, a fim de garantir que toda a carga que

esteja sendo empregada seja transformada em esforços de tração.

Os ensaios de arrancamento apresentam resultados variando entre 86,9 e

195,5kPa. Todos os grampos apresentam o mesmo comprimento livre e ancorado,

sugerindo que os métodos de execução grampos e a tensão normal atuante sobre este

possuem influência sobre a resistência ao arrancamento.

A relação semi-empírica proposta por Proto Silva (2005) apresentou estimativas

de resistência ao arrancamento de grampos se aproximando do valor real de campo,

chegando um valor estimado de até 86% da resistência obtida em campo, sendo a proposta

podendo ser considerada discretamente conservadora. A contribuição deste trabalho para

a melhora da estimativa do fator de carga (𝜆1∗∗ ) apresentou uma baixa dispersão.

O efeito da reinjeção foi verificado e conclui-se que houve um ganho de

resistência da ordem de 20% sobre grampos executados apenas com uma injeção.

Para estudos futuros, quanto à execução dos ensaios de arrancamento, sugere-se

que o trecho livre seja executado com uma bainha de PVC selada, minimizando o efeito

do atrito no trecho livre.

55

Quanto à estimativa da resistência ao arrancamento através de parâmetros de

resistência do solo, recomenda-se a execução de mais uma campanha de ensaios de

arrancamento em grampos submetidos a valores de tensão normal maiores que 200kPa,

correlacionando os resultados com os parâmetros de resistência do solo. Pode-se então

observar o comportamento da dispersão de pontos que relacionam o fator de carga para

solos residuais de gnaisse e a tensão normal analisando o comportamento da curva de

ajuste linear.

56

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BERNARDES, J. de A., Investigação sobre a resistência a cisalhamento de um solo

residual de gnaisse, Tese de M.Sc., UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil, 2003.

BUSTAMANTE, M., DOIX, B. 1985, Une Méthode Pour le Calcul dês Tirants et dês

Micropieux Injectées, Boletim de Laboratório de Pontes e Estradas, Paris, França.

FALCONI, F.F.; ALONSO, U.R. (1996). Considerações sobre o dimensionamento de

uma estrutura de contenção em solo grampeado. 3° Seminário de Engenharia de Fundações Especiais, SEFE III, ABMS. São Paulo.

FERNANDES, M. M. Mecânica dos Solos: Introdução à Engenharia Geotécnica. 3ª

edição, Porto, FEUP edições, 2012.

GEO-RIO (2014a) AVELAR, A. S. ; BECKER, L. B. ; MENDONCA, M. B. ; EHRLICH, M. ; LACERDA, W. A. Manual Técnico de Encostas da Fundação

GEO-RIO. 1. ed. Rio de Janeiro.

GEO-RIO (2014b) AVELAR, A. S. ; BECKER, L. B. ; MENDONCA, M. B. ; EHRLICH, M. ; LACERDA, W. A. Manual Técnico de Encostas da Fundação

GEO-RIO. 1. ed. Rio de Janeiro.

GIBSON, R.E. & HENKEL, D. J. – (1954) – Influence of Duration of Tests at Constant

Rate of Strain on Measure Drained Strenght – Geotechnique – V. IV.

HEAD, K. H., 1981, Manual of Soil Testing – Vol. 2: Permeability, shear strenght

and compressibility test, 1ª Edição, ELE international Limited, Londres, Inglaterra.

LIMA, A.P., 2007, Comportamento de uma escavação grampeada em solo residual

de gnaisse. Tese de D.Sc., PUC-RIO, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

NBR 6459, 1984, Solo – Determinação do limite de liquidez. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.

NBR 6508, 1984, Grãos de solo que passam na peneira de 4,8mm – Determinação da

massa específica. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.

NBR 7180, 1984, Solo – Determinação do limite de plasticidade. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.

NBR 7181, 1984, Solo – Análise Granulométrica. ABNT – Associação Brasileira de

Normas Técnicas.

ORTIGÃO, J. A. R. 1997, Ensaios de Arrancamento para Projetos de Solo

Grampeado, Nota Técnica, Solos e Rochas, ABMS.

PINTO, C. de S., 2006, Curso Básico de Mecânica dos Solos , Ed. Oficina de Textos,

São Paulo, SP, Brasil.

http://lattes.cnpq.br/5222499207247960












57

PROTO SILVA, T., 2005, Resistência ao Arrancamento de Grampos em Solo

Residual de Gnaisse. Tese de M.Sc., DEC/PUC-Rio, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

SOUZA, G.J.T.; PITTA, C.A.; ZIRLIS, A.C. Solo grampeado – aspectos executivos do

chumbador. IV COBRAE – Conferência Brasileira sobre estabilidade de encostas.

Salvador/BA. 2005.

SPRINGER, F. O. 2006, Ensaios de Arrancamento de grampos em solo residual de

gnaisse, Tese de D.Sc., PUC-RIO, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

TERZAGHI, K; PECK, R. B. (1948). Soil mechanics in engineering practice . 2. Ed.

New York, John Willey e Sons.

ZIRLIS, A.C.; PITTA, C.A.; SOUZA, G.J.T (2003). Solo grampeado – alguns detalhes

executivos – ensaios – casos de obra. Workshop Solo Grampeado: Projeto, Execução,

Instrumentação e Comportamento, ABMS-Sinduscon-SP.

58

APÊNDICE A – PLANILHAS DOS ENSAIOS DE ARRANCAMENTO

59

Cliente:

Obra:

Local:


Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:


o



0 0,0 -0,61 0,00 0,00

50 25,6 0,92 1,53 1,53

90 46,1 5,62 6,23 4,70

110 56,3 10,84 11,45 5,22

110 56,3 15,53 16,14 4,69

120 61,4 21,03 21,64 5,50

130 66,5 30,18 30,79 9,15

120 61,4 33,61 34,22 3,43

130 66,5 43,97 44,58 10,36

130 66,5 53,32 53,93 9,35

60 30,7 52,70 53,31 -0,62

0 0,0 51,25 51,86 -1,45

ENSAIO DE ARRANCAMENTO DE GRAMPOSEEL



ANCORAGEM MACACO-BOMBA-MANÔMETRO

DADOS DO ENSAIO

02 MCH 008

75 mm José Magesk

23 mm Relação de


PX 25

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)



60


Cliente:

Obra:

Local:


Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:


o



0 0,0 0,00 0,00 0,00

50 25,6 1,50 1,50 1,50

90 46,1 3,95 3,95 2,45

110 56,3 7,62 7,62 3,67

110 56,3 12,64 12,64 5,02

120 61,4 22,33 22,33 9,69

120 61,4 32,63 32,63 10,30

120 61,4 35,84 35,84 3,21

120 61,4 45,77 45,77 9,93

60 30,7 44,91 44,91 -0,86

0 0,0 43,87 43,87 -1,04





DADOS DO ENSAIO

Na primeira tentativa houve

um deslocamento do

conjunto macaco + placa de

referência antes de chegar na

carga de 46kN, todo o

sistema foi desmontado e

refeito para evitar este

deslocamento. Após a

remontagem, o sistema não

apresentou deslocamento do

conjunto.

03 MCH 008

75 mm José Magesk

23 mm Relação de


PX 25

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)


61


Cliente:

Obra:

Local:


Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:


o



0 0,0 0,01 0,00 0,00

55 28,1 2,30 2,29 2,29

90 46,1 3,81 3,80 1,51

140 71,6 6,31 6,30 2,50

180 92,1 9,60 9,59 3,29

190 97,2 16,40 16,39 6,80

180 92,1 21,86 21,85 5,46

190 97,2 32,22 32,21 10,36

165 84,4 42,70 42,69 10,48

160 81,9 52,27 52,26 9,57

160 81,9 62,40 62,39 10,13

100 51,2 62,11 62,10 -0,29

50 25,59 61,00 60,99 -1,11

0 0,00 59,29 59,28 -1,71





DADOS DO ENSAIO

04 MCH 008

75 mm José Magesk

23 mm Relação de


PX 25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)


62


Cliente:

Obra:

Local:


Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:


o



0 0,0 0,00 0,00 0,00

50 25,6 4,03 4,03 4,03

90 46,1 12,24 12,24 8,21

110 56,3 17,70 17,70 5,46

120 61,4 26,92 26,92 9,22

130 66,5 34,77 34,77 7,85

140 71,6 45,15 45,15 10,38

150 76,8 55,41 55,41 10,26

150 76,8 65,67 65,67 10,26

100 51,2 65,29 65,29 -0,38

50 25,6 63,60 63,60 -1,69

0 0,0 0,00 0,00 0,00





DADOS DO ENSAIO

No último estágio de

descarregamento o conjunto

macaco + placa de referência

sofreu deslocamento para

baixo, perdendo o referencial

do deflectômetro, e não foi

possível obter uma leitura.

Isto indica que o alívio de

pressão na bomba foi feito

mais rápido que o devido.

05 MCH 008

75 mm José Magesk

23 mm Relação de


PX 25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)


63


Cliente:

Obra:

Local:


Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:


o



0 0,0 0,00 0,00 0,00

50 25,6 0,58 0,58 0,58

90 46,1 1,91 1,91 1,33

140 71,6 3,63 3,63 1,72

180 92,1 6,45 6,45 2,82

200 102,4 16,30 16,30 9,85

210 107,5 18,98 18,98 2,68

210 107,5 22,18 22,18 3,20

215 110,0 23,82 23,82 1,64

130 66,5 22,89 22,89 -0,93

70 35,8 21,54 21,54 -1,35

0 0,0 17,77 17,77 -3,77





DADOS DO ENSAIO

06 MCH 008

75 mm José Magesk

23 mm Relação de


PX 25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 5 10 15 20 25

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)


64


Cliente:

Obra:

Local:


Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:


o



0 0,0 0,00 0,00 0,00

50 25,6 1,91 1,91 1,91

90 46,1 2,74 2,74 0,83

140 71,6 4,31 4,31 1,57

180 92,1 6,12 6,12 1,81

230 117,7 9,06 9,06 2,94

270 138,2 18,00 18,00 8,94

270 138,2 26,83 26,83 8,83

270 138,2 36,14 36,14 9,31

270 138,2 46,67 46,67 10,53

230 117,7 46,67 46,67 0,00

180 92,1 46,23 46,23 -0,44

130 66,53 44,95 44,95 -1,28

60 30,71 42,70 42,70 -2,25

0 0,00 40,87 40,87 -1,83





DADOS DO ENSAIO

O tirante apresentou um leve

deslocamento ao final do

carregamento.

07 MCH 008

75 mm José Magesk

23 mm Relação de


PX 25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)


65


Cliente:

Obra:

Local:


Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:


o



0 0,0 -0,01 0,00 0,00

50 25,6 -1,11 -1,10 -1,10

90 46,1 -1,75 -1,74 -0,64

140 71,6 -1,94 -1,93 -0,19

170 87,0 -1,21 -1,20 0,73

170 87,0 5,70 5,71 6,91

180 92,1 15,19 15,20 9,49

170 87,0 25,73 25,74 10,54

180 92,1 36,05 36,06 10,32

120 61,4 35,35 35,36 -0,70

60 30,7 33,57 33,58 -1,78

0 0,0 33,02 33,03 -0,55





DADOS DO ENSAIO

Devido ao deslocamento do

tirante, perdeu-se a referência

do deflectômetro antes de

chegar na carga de 46kN,

sendo assim, descarregou-se

o grampo para 25,6kN e o

deflectômetro foi zerado. O

comportamento do tirante nos

quatro primeiros estágios de

carga indica uma

acomodação do sistema.

08 MCH 008

75 mm José Magesk

23 mm Relação de


PX 25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)


66


Cliente:

Obra:

Local:


Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:


o



0 0,0 -1,37 0,00 0,00

50 25,6 -0,92 0,45 0,45

90 46,1 -0,07 1,30 0,85

140 71,6 5,75 7,12 5,82

140 71,6 14,58 15,95 8,83

150 76,8 25,08 26,45 10,50

150 76,8 35,52 36,89 10,44

150 76,8 45,95 47,32 10,43

100 51,2 45,68 47,05 -0,27

50 25,6 44,75 46,12 -0,93

0 0,0 43,96 45,33 -0,79





DADOS DO ENSAIO

09 MCH 008

75 mm José Magesk

23 mm Relação de


PX 25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)


67


Cliente:

Obra:

Local:


Ø FURO: Operador:

Ø BARRA:

Aço:


o



0 0,0 0,00 0,00 0,00

50 25,6 1,38 1,38 1,38

90 46,1 3,75 3,75 2,37

100 51,2 5,22 5,22 1,47

120 61,4 8,22 8,22 3,00

160 81,9 19,36 19,36 11,14

170 87,0 25,50 25,50 6,14

180 92,1 39,51 39,51 14,01

190 97,2 44,08 44,08 4,57

200 102,4 49,43 49,43 5,35

200 102,4 60,15 60,15 10,72

200 102,4 70,41 70,41 10,26

150 76,77 69,66 69,66 -0,75

100 51,18 68,55 68,55 -1,11

50 25,59 67,08 67,08 -1,47

0 0,00 64,90 64,90 -2,18





DADOS DO ENSAIO

10 MCH 008

75 mm José Magesk

23 mm Relação de


PX 25

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Ca

rga

(kN

)

Alongamento (mm)


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