GramposComFibra

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COMPORTAMENTO MECNICO DE GRAMPOS COM FIBRAS DE POLIPROPILENO

Larissa de Brum Passini

Dissertao de Mestrado apresentada ao Programa de Ps-graduao em Engenharia Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessrios obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil.

Orientadores: Anna Laura Lopes da Silva Nunes

Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayo

Rio de Janeiro Dezembro de 2010

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DISSERTAO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PS-GRADUAO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM CINCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.

Examinada por:

________________________________________________

Prof. Anna Laura Lopes da Silva Nunes, Ph.D.

________________________________________________

Prof. Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayo, Ph.D.

________________________________________________

Prof. Fernando Artur Brasil Danziger, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Waldemar Coelho Hachich, Ph.D.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

DEZEMBRO DE 2010

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Passini, Larissa de Brum Comportamento Mecnico de Grampos com Fibras de

Polipropileno/ Larissa de Brum Passini. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2010.

XX, 212 p.: il.; 29,7 cm. Orientadores: Anna Laura Lopes da Silva Nunes

Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayo Dissertao (mestrado) UFRJ/ COPPE/ Programa de

Engenharia Civil, 2010.

Referncias Bibliogrficas: p. 197-205. 1. Solo Grampeado. 2. Materiais compsitos. 3. Fibras

de polipropileno. 4. Resistncia ao arrancamento. I. Nunes, Anna Laura Lopes da Silva, et al. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III. Ttulo.

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Resumo da Dissertao apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincias (M.Sc.)


Larissa de Brum Passsini

Dezembro/2010

Orientadores: Anna Laura Lopes da Silva Nunes Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayo

Programa: Engenharia Civil

Este trabalho tem por objetivo verificar a viabilidade de substituio das barras de ao utilizadas em grampos convencionais por fibras de polipropileno na tcnica de conteno de encostas conhecida por solo grampeado. A rea experimental onde os grampos foram executados, ensaiados e exumados localiza-se em um talude de solo residual de gnaisse no Rio de Janeiro, RJ. Os grampos convencionais foram executados com barras de ao envoltas por pasta de cimento. Os grampos no convencionais foram executados com argamassa reforada com fibras de polipropileno. Todos os grampos foram instalados com inclinao de 15o em relao horizontal e alguns deles foram instrumentados com extensmetros eltricos (strain gages) para verificar a distribuio do carregamento ao longo do comprimento do grampo, durante a realizao dos ensaios no campo. Tambm foram realizados ensaios de laboratrio para a determinao da resistncia e deformabilidade dos corpos-de-prova de solo do talude, de pasta de cimento e de argamassa com fibras de polipropileno. Os principais aspectos analisados foram a resistncia ao arrancamento e a distribuio do carregamento dos grampos no campo. Os resultados indicam que os grampos com fibras de polipropileno apresentaram 62% da resistncia dos grampos convencionais e sugerem a viabilidade de utilizao destes.

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Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

MECHANICAL BEHAVIOR OF NAILS WITH POLYPROPYLENE FIBERS


December/2010

Advisors: Anna Laura Lopes da Silva Nunes Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayo

Department: Civil Engineering

This research aims at verifying the viability of replacing the steel bars used in conventional nails by polypropylene fibers in the soil nailing technique for stabilization of slopes. The experimental area, where the nails were installed, tested and exhumed, is located in a slope of gneissic residual soil in Rio de Janeiro, RJ. The conventional nails were made of steel bars inserted in cement grout. The unconventional nails were prepared with the synthetic fibers mixed with the cement grout. All nails were installed with an inclination of 15 degrees relative to horizontal and some were instrumented with strain gages for verifying the load distribution along their lengths during the field tests. Laboratory tests were also carried out to obtain the deformability and strength characteristics of the residual soil and the cement grout, with and without fibers. The main aspects examined were the pullout resistance and the load distribution of nails in the field. The results suggest the feasibility of using the nails with polypropylene fibers and indicate that they had about 62% of the resistance of conventional nails.

vi

SUMRIO

Captulo 1 Introduo ........................................................................................ 1.1 Consideraes iniciais .............................................................................. 1.2 Objetivo geral ........................................................................................... 1.3 Objetivos especficos ................................................................................ 1.4 Justificativas .............................................................................................

1.5 Metodologia .............................................................................................. 1.6 Estrutura da dissertao ............................................................................

1 1

2

2

3

3 4

Captulo 2 Consideraes sobre solo grampeado ............................................ 2.1 Consideraes iniciais .............................................................................. 2.2 Histrico ...................................................................................................

2.3 Conceito .................................................................................................... 2.4 Processo executivo ...................................................................................

2.5 Revestimento da face ................................................................................ 2.6 Drenagem ................................................................................................. 2.7 Vantagens e limitaes .............................................................................

2.8 Mecanismo e comportamento ..................................................................

2.9 Anlise de estabilidade ............................................................................. 2.10 Ensaio de arrancamento de grampos ........................................................ 2.11 Mobilizao do atrito ao longo dos grampos ...........................................

2.12 Instrumentao extensomtrica de grampos ............................................. 2.13 Consideraes finais .................................................................................

Captulo 3 Consideraes sobre materiais compsitos ................................... 3.1 Consideraes iniciais ............................................................................... 3.2 Materiais compsitos reforados com fibras ............................................ 3.2.1 Fase fibra .........................................................................................

3.2.2 Fase matriz ....................................................................................... 3.2.3 Interao entre as fases fibra e matriz .............................................

3.3 Parmetros que influenciam o desempenho dos materiais compsitos ....

6 6 6 8

10

15 19 22

25 31 32

37 41

44

45 45 45 48

55 56 59

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3.4 Comportamento mecnico dos materiais compsitos .............................. 3.5 Propriedades dos materiais compsitos no estado fresco ......................... 3.6 Propriedades dos materiais compsitos no estado endurecido ................ 3.7 Aplicaes dos materiais compsitos reforados com fibras ................... 3.7.1 Grampos compostos por argamassa com fibras de polipropileno .. 3.8 Consideraes finais .................................................................................

70 72

75 81

84 85

Captulo 4 Programa experimental .................................................................. 4.1 Consideraes iniciais ............................................................................... 4.2 rea experimental ..................................................................................... 4.3 Grampos ....................................................................................................

4.3.1 Grampos convencionais ..................................................................

4.3.2 Grampos no convencionais ............................................................ 4.4 Materiais utilizados ................................................................................... 4.5 Processo de instalao dos grampos no talude ......................................... 4.6 Ensaios de campo ......................................................................................

4.6.2 Ensaio de arrancamento ................................................................... 4.6.1 Ensaio de empurramento .................................................................

4.7 Exumao dos grampos ............................................................................ 4.7.1 Escavao do talude ........................................................................ 4.7.2 Exumao dos grampos convencionais ........................................... 4.7.3 Exumao dos grampos no convencionais ....................................

4.8 Ensaios de laboratrio ............................................................................... 4.8.1 Ensaios em solo .............................................................................. 4.8.2 Ensaios em pasta de cimento e argamassa com fibras ...................

86 86 86 89 90 92 95

103 108

109 112

116 117

119 123

129 130 137

Captulo 5 Apresentao e anlise dos resultados ........................................... 5.1 Consideraes iniciais .............................................................................. 5.2 Informaes relevates ............................................................................... 5.3 Resultados dos ensaios de arrancamento ..................................................

5.3.1 Curvas carga-deslocamento dos grampos convencionais ............... 5.3.2 Resistncia ao arrancamento dos grampos convencionais ..............

5.4 Resultados dos ensaios de empurramento .................................................

150 150 150 153 154 162 168

viii

5.4.1 Curvas carga-deslocamento dos grampos no convencionais ......... 5.4.2 Resistncia ao arrancamento dos grampos no convencionais .......

5.5 Resistncia dos grampos convencionais e no convencionais ................. 5.6 Resultados da instrumentao dos grampos ..............................................

5.6.1 Distribuio do carregamento ao longo dos grampos convencionais ..................................................................................

5.6.2 Distribuio do carregamento ao longo dos grampos no convencionais ..................................................................................

5.7 Anlise da exumao dos grampos ...........................................................

168 173

177

179

179

183

186

Captulo 6 Concluses e sugestes .................................................................... 6.1 Consideraes iniciais .............................................................................. 6.2 Concluses................................................................................................ 6.3 Sugestes para futuras pesquisas ..............................................................

192 192 192 196

Referncias bibliogrficas .....................................................................................

197

Anexos ....................................................................................................................

206

ix

LISTA DE FIGURAS

Captulo 2 Consideraes sobre solo grampeado Figura 2.1

Figura 2.2

Figura 2.3

Figura 2.4

Figura 2.5

Figura 2.6

Figura 2.7

Figura 2.8

Figura 2.9

Figura 2.10 Figura 2.11

Figura 2.12

Figura 2.13

Figura 2.14

Figura 2.15

Comparao do NATM com a tcnica convencional (ORTIGO et al., 1993) .................................................................................... Execuo do solo grampeado com equipamentos mecnicos (ZIRLIS et al., 1999) ..................................................................... Execuo do solo grampeado com equipamentos manuais (ZIRLIS et al., 1999) ..................................................................... Cabeas de grampos com barras de dimetro superior e inferior a 20 mm (ORTIGO et al., 1993) ................................................ Exemplos da extremidade do grampo junto face (INGOLD, 1995) ............................................................................ Extremidade do grampo embutida no terreno (ORTIGO et al., 1993) ................................................................ Esquema de dreno sub-horizontal profundo (SOLOTRAT, 2003) ...................................................................... Esquema de drenagem superficial (SAES et al., 1999) ............. Mecanismos de estabilizao (a) cortina atirantada e (b) solo grampeado (MITCHELL e VILLET, 1987) .................................. Fora mxima mobilizada no grampo (EHRLICH, 2003) ............. Comportamento de reforos (a) flexveis e (b) rgidos (MITCHELL e VILLET, 1987) ..................................................... Influncia da rigidez do grampo nas deformaes e tenses mobilizadas (EHRLICH, 2003) ..................................................... Importncia da face em taludes verticais e inclinados (EHRLICH, 2003) .......................................................................... Curvas tpicas do ensaio de arrancamento de grampos (CLOUTERRE, 1991) ................................................................... Trao mobilizada no grampo e resistncia ao arrancamento (ORTIGO, 1997) .........................................................................

7

11

11

18

19

19

20 21

26 27

27

29

30

34

34

x

Figura 2.16

Figura 2.17

Figura 2.18

Figura 2.19

Figura 2.20

Figura 2.21

Figura 2.22

Esquema de montagem dos equipamentos para o ensaio de arrancamento (SPRINGER, 2006 adaptado de LAZART et al., 2003) .............................................................................................. Distribuio das deformaes ao longo do grampo durante o ensaio de arrancamento (CLOUTERRE, 1991) ............................. Distribuio das foras de trao ao longo do grampo de 3 m durante o ensaio de arrancamento (CLOUTERRE,1991) .............. Distribuio das foras de trao ao longo do grampo de 12 m durante o ensaio de arrancamento (CLOUTERRE,1991) .............. Mobilizao das tenses de cisalhamento ao longo do grampo de 3 m durante o ensaio de arrancamento (CLOUTERRE,1991) .. Mobilizao das tenses de cisalhamento ao longo do grampo de 12 m durante o ensaio de arrancamento (CLOUTERRE,1991). Esquema de um extensmetro de resistncia eltrica (ANDOLFATO et al., 2004) .........................................................

37

38

39

39

40

40

41

Captulo 3 Consideraes sobre materiais compsitos Figura 3.1


Figura 3.4

Figura 3.5

Figura 3.6

Figura 3.7

Definio do comprimento crtico da fibra (ASHBY e JONES, 1998) .............................................................................................. Disposio da fibra na fissura idealizada (TAYLOR, 1994) ......... Curvas conceituais de concretos fibrosos com relao ao volume crtico de fibras incorporado (FO, 2002) .................................... Representao esquemtica das curvas tenso-deformao de materiais compsitos dependendo do volume de fibras (PROCTOR, 1990) ........................................................................ Fator de eficincia como funo do comprimento e da orientao das fibras (BENTUR e MINDESS, 1990) ..................................... Representao esquemtica dos estgios de uma curva tenso-deformao do material compsito (BENTUR e MINDESS, 1990) .............................................................................................. Representao esquemtica do processo de fissurao mltipla e da curva resultante em compsito de matriz frgil reforado com

62 64

66

67

69

71

xi

Figura 3.8

fibras (BENTUR e MINDESS, 1990) ........................................... Curva tenso-deformao da matriz cimentcia com e sem fibras (FIGUEIREDO, 2000) ...................................................................

72

79

Captulo 4 Programa experimental Figura 4.1

Figura 4.2

Figura 4.3

Figura 4.4

Figura 4.5 Figura 4.6 Figura 4.7

Figura 4.8

Figura 4.9

Figura 4.10

Figura 4.11

Figura 4.12

Figura 4.13

Figura 4.14

Figura 4.15

Figura 4.16

Figura 4.17

Figura 4.18

Vista frontal do talude .................................................................... Vista lateral do talude .................................................................... Solo residual com foliao da rocha preservada (a) de colorao amarelada e (b) de colorao esbranquiada ................................. Esboo da vista frontal do talude com os grampos ........................ Esboo da vista lateral do talude com o grampo ............................ Seo transversal esquemtica do grampo convencional no talude Posio da instrumentao com strain gages nos grampos convencionais .................................................................................

Seo transversal esquemtica dos grampos no convencionais com 1,0 m de comprimento ........................................................... Seo transversal esquemtica dos grampos no convencionais com 2,0 m de comprimento ........................................................... Posio da instrumentao dos grampos no convencionais de 1,0 m .......................................................................................... Posio da instrumentao dos grampos no convencionais de 2,0 m .......................................................................................... Haste metlica de 1,0 m com strain gages, mangueira de reinjeo e centralizadores ............................................................. Barra de ao do Sitema Gewi (CATLOGO GEWI) ................... Haste metlica para fixao dos strain gages dos grampos no convencionais .................................................................................

Strain gages utilizados na instrumentao dos grampos convencionais e no convencionais ...............................................

Instrumentao com strain gages: (a) barras dos grampos convencionais e (b) hastes dos grampos no convencionais ......... Fibras de polipropileno .................................................................. Isopor moldado com o dimetro do furo de 100 mm para a

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87

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93

93

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99 100

xii

Figura 4.19

Figura 4.20

Figura 4.21

Figura 4.22



Figura 4.27

Figura 4.28 Figura 4.29 Figura 4.30 Figura 4.31

Figura 4.32

Figura 4.33

Figura 4.34

Figura 4.35


Figura 4.38

vedao do fundo dos grampos no convencionais ....................... Espuma moldada com o dimetro do furo de 100 mm para a vedao da extremidade final dos grampos no convencionais ..... Furo de 250 mm de dimetro realizado no muro de concreto e furo de 100 mm de dimetro realizado no solo ........................... Esquema em planta dos comprimentos de perfurao.................... Equipamentos utilizados para a preparao e injeo da pasta de cimento ...................................................................................... Preparao da mistura de argamassa com fibras de polipropileno. Injeo da argamassa com fibras de polipropileno ........................ Reinjeo com pasta de cimento .................................................... Misturador de haste vertical utilizado na preparao da argamassa com fibras ..................................................................... Mquina P13 utilizada para a injeo da argamassa com fibras .... Equipamentos do sistema de aquisio de dados ........................... Esquema de funcionamento do sistema de aquisio de dados ..... Sistema de aplicao de carga do ensaio de arrancamento ............ Viga de reao utilizada nos ensaios de empurramento dos grampos com fibras ........................................................................ Tubo metlico prolongador utilizado nos ensaios de empurramento ................................................................................

Abertura no topodo tubo prolongador e no incio do seu tronco para a passagem dos cabos dos straing gages ............................... Abertura na base do tubo prolongador para encaixe da barra de ao ..................................................................................................

Incio da montagem dos equipamentos para o ensaio de empurramento ................................................................................

Equipamentos montados para o ensaio de empurramento ............. rea escavada para a exumao dos grampos GC e GP ................

Sequncia de desmonte do talude para exumao dos grampos: (a) retirada do muro de concreto, (b) retirada do solo e excesso,

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101

104 104

105 106 106 107

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114

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115 115 117

xiii


Figura 4.41

Figura 4.42


Figura 4.45


Figura 4.48 Figura 4.49 Figura 4.50 Figura 4.51 Figura 4.52 Figura 4.53 Figura 4.54 Figura 4.55


Figura 4.59

Figura 4.60


(c) escavao manual e limpeza dos grampos e (d) utilizao de martelete em solo de transio para alterao de rocha ................. Retirada dos grampos exumados: (a) remoo e (b) transporte .... Exumao do grampo convencional GC-4 .................................... Exumao do grampo convencional GC-5 .................................... Exumao do grampo convencional GC-6 .................................... Detalhe grampo convencional GC-4 .............................................. Detalhe grampo convencional GC-6 .............................................. Aumento do dimetro do grampo convencional GC-6 em regio de falha ........................................................................................... Exumao do grampo no convencional GP 2-1 ........................... Exumao do grampo no convencional GP 1-1 ........................... Exumao do grampo no convencional GP 2-2 ........................... Exumao do grampo no convencional GP 2-3 ........................... Exumao do grampo no convencional GP 1-2 ........................... Exumao do grampo no convencional GP 2-4 ........................... Fissuras na cabea dos grampos: (a) GP 2-1 e (b) GP 2-3 ............. Fissuras na cabea dos grampos: (a) GP 2-2 e (b) GP 2-4 ............. Fissuras na cabea dos grampos: (a) GP 1-1 e (b) GP 1-2 ............. Imperfeies localizadas ao longo do topo dos grampos: (a) GP 2-1; (b) GP 2-2; (c) GP 1-1; e (d) GP 1-2 .......................... Coleta de amostras do material de transio para alterao de rocha .....

Curva granulomtrica Solo residual jovem (SRJ) ...................... Curva granulomtrica Material de transio para alterao de rocha (TAR) ................................................................................... Curvas do ensaio de cisalhamento direto SRJ: (a) Tenso cisalhante-deslocamento horizontal e (b) Deslocamento vertical-deslocamento horizontal ................................................................ Curvas do ensaio de cisalhamento direto TAR: (a) Tenso cisalhante-deslocamento horizontal e (b) Deslocamento vertical-deslocamento horizontal ................................................................ Envoltria de resistncia do SRJ .................................................... Envoltria de resistncia do TAR ..................................................

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132

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135 136 136

xiv

Figura 4.63

Figura 4.64

Figura 4.65

Figura 4.66

Figura 4.67

Figura 4.68

Figura 4.69

Figura 4.70

Preparao dos corpos-de-prova para os ensaios de laboratrio: (a) corte dos tubos, (b) retirada dos moles de PVC, (c) faceamento dos corpos-de-prova e (d) verificao da perpendicularidade das faces em relao ao eixo longitudinal ...... Ensaio de compresso uniaxial com medidas diretas de deformao axial ............................................................................ Equipamentos utilizados nos ensaios de laboratrio: (a) prensa de 1000 kN e (b) caixa de comando para controle de carga ............... Corpo-de-prova de (a) pasta de cimento e (b) argamassa com fibra aps o ensaio de compresso uniaxial ................................... Curvas tenso-deformao tpicas dos ensaios de compresso uniaxial para corpos-de-prova de pasta de cimento (CUPC) e argamassa com fibras de polipropileno (CUAP) ........................... Ensaio de compresso diametral com uso de mordentes curvos de ao ..................................................................................................

Corpo-de-prova de (a) pasta de cimento e (b) argamassa com fibras aps ensaio de compresso diametral .................................. Curvas tpicas carga-deslocamento do pisto dos ensaios de compresso diametral para pasta de cimento (CDPC) e argamassa com fibras de polipropileno (CDAP) ...........................

138

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139

141

143

144

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149

Captulo 5 Apresentao e anlise dos resultados Figura 5.1

Figura 5.2

Figura 5.3 Figura 5.4 Figura 5.5 Figura 5.6 Figura 5.7

Curvas carga-deslocamento do GC-1: (a) Carga medida pela clula de carga e (b) Carga medida pelo manmetro do conjunto macaco-bomba-manmetro ........................................................... Curvas carga-deslocamento do GC-2: (a) Carga medida pela clula de carga e (b) Carga medida pelo manmetro do conjunto macaco-bomba-manmetro ........................................................... Curva carga-deslocamento do GC-3 .............................................. Curva carga-deslocamento do GC-4 .............................................. Curva carga-deslocamento do GC-5 .............................................. Curva carga-deslocamento do GC-6 .............................................. Curvas carga-deslocamento dos grampos convencionais (GC) .....

155

156 157 158 159 159 160

xv

Figura 5.8 Figura 5.9 Figura 5.10 Figura 5.11 Figura 5.12 Figura 5.13 Figura 5.14 Figura 5.15 Figura 5.16


Figura 5.20

Figura 5.21

Figura 5.22 Figura 5.23 Figura 5.24 Figura 5.25 Figura 5.26

Figura 5.27

Regies tpicas da curva carga-deslocamento do GC-1 ................. Resistncia ao arrancamento dos grampos convencionais ............. Curva carga-deslocamento do GP 1-1 ........................................... Curva carga-deslocamento do GP 1-2 ........................................... Curva carga-deslocamento do GP 2-1 ........................................... Curva carga-deslocamento do GP 2-2 ........................................... Curva carga-deslocamento do GP 2-3 ........................................... Curva carga-deslocamento do GP 2-4 ........................................... Curvas carga-deslocamento dos grampos com fibras de polipropileno ..................................................................................

Regies tpicas da curva carga-deslocamento do GP 2-4 .............. Resistncia ao arrancamento dos grampos no convencionais ...... Curvas carga-deslocamento dos grampos convencionais e no convencionais ................................................................................

Resistncia ao arrancamento mdia dos grampos convencionais (GC) e no convencionais (GP) ..................................................... Distribuio tpica de carga ao longo do grampo (SPRINGER, 2006) .............................................................................................. Distribuio do carregamento ao longo do grampo GP 1-1 .......... Distribuio do carregamento ao longo do grampo GP 1-2 .......... Distribuio do carregamento ao longo do grampo GP 2-1........... Distribuio do carregamento ao longo do grampo GP 2-4 .......... Ilustrao dos grampos no talude e resumo dos ensaios de campo e laboratrio ................................................................................... Preenchimento do furo ineficiente aps a espuma de vedao do trecho livre do grampo convencional (SPRINGER, 2006) ............

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171

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172

173 174

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178

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184 184

185 185

189

191

Anexos Figura A.1

Figura A.2

Calibrao conjunto macaco-bomba-manmetro C600: (a) pgina 1 .................................................................................... (b) pgina 2 .................................................................................... (c) pgina 3 .................................................................................... Calibrao conjunto macaco-bomba-manmetro C1000:

206 207

208

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Figura A.3

Figura A.4

(a) pgina 1 .................................................................................... (b) pgina 2 .................................................................................... (c) pgina 3 .................................................................................... Calibrao do medidor eltrico de deslocamento - LVDT 1 ......... Calibrao do medidor eltrico de deslocamento - LVDT 2 .........

209 210

211

212

212

xvii

LISTA DE TABELAS

Captulo 4 Programa experimental Tabela 4.1

Tabela 4.2

Tabela 4.3 Tabela 4.4 Tabela 4.5 Tabela 4.6 Tabela 4.7 Tabela 4.8 Tabela 4.9 Tabela 4.10

Tabela 4.11 Tabela 4.12

Tabela 4.13

Caractersticas das barras de ao utilizadas nos grampos convencionais ..............................................................................

Caractersticas das hastes metlicas utilizadas dos grampos no convencionais ........................................................................

Caractersticas dos strain gages utilizados .................................. Propriedades das fibras de polipropileno utilizadas .................... Dosagem adotada dos materiais para a preparao das misturas. Dimetros medidos ao longo dos grampos convencionais .......... Comprimentos dos grampos no convencionais ......................... Dimetros medidos ao longo dos grampos no convencionais .. Resultados dos ensaios de caracterizao .................................... Caractersticas dos corpos-de-prova ensaiados compresso uniaxial ........................................................................................

Resultados dos ensaios de compresso uniaxial .......................... Caractersticas dos corpos-de-prova ensaiados compresso diametral ...................................................................................... Resultados dos ensaios de compresso diametral .......................

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97 98

100 103

123 129 129 131

140

141

145 147

Captulo 5 Apresentao e anlise dos resultados Tabela 5.1 Tabela 5.2 Tabela 5.3 Tabela 5.4

Tabela 5.5

Tabela 5.6

Caractersticas dos grampos convencionais e no convencionais Equaes provindas das calibraes dos equipamentos .............. Processamento dos ensaios de campo ......................................... Resultados dos ensaios de arrancamento em grampos convencionais ..............................................................................

Resultados dos ensaios de arrancamento de Ortigo et al. (1992), Azambuja et al. (2001), Soares e Gomes (2003), Proto Silva (2005), Magalhes (2005), Springer (2006), Feij (2007) e Silva et al. (2010) ...................................................................... Resultados dos ensaios de empurramento em grampos no convencionais ..............................................................................

151 152 153

162

164

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Tabela 5.7

Tabela 5.8

Resultados dos ensaios de arrancamento de grampos com fibras de polipropileno de Magalhes (2005) e Leite (2007) ................ Dimetros medidos ao longo dos grampos exumados por Springer (2006) ............................................................................

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LISTA DE SMBOLOS

A rea da seo transversal Af rea de seo transversal da fibra AGC rea da seo transversal da barra de ao do grampo convencional (mm) AGP rea da seo transversal do grampo com fibras de polipropileno (mm) AM rea da superfcie de atuao do mbolo do macaco (cm) C coeso do solo d dimetro equivalente da fibra D dimetro do furo/grampo/corpo-de-prova e ndice de vazios E mdulo de elasticidade (Young) Ec mdulo de elasticidade da matriz Ef mdulo de elasticidade da fibra Emdio mdulo de elasticidade mdio (GPa) EGC mdulo de elasticidade da barra de ao do grampo convencional (GPa) EGP mdulo de elasticidade da argamassa com fibras de polipropileno (GPa) F fora

Fa resistncia de aderncia fibra-matriz Fmx fora mxima (kN) Ft resistncia trao da fibra FCC carga medida pela clula de carga (kN) FM carga medida pelo manmetro do conjunto macaco-bomba-manmetro (kN) FS fator de sensibilidade do strain gage Gs densidade real dos gros H altura da escavao/talude vertical/corpo-de-prova K fator de sensibilidade do strain gage Ko coeficiente de empuxo no repouso kGCmdio rigidez mdia dos grampos convencionais (kN/mm) kGPmdio rigidez mdia dos grampos com fibras de polipropileno (kN/mm) l comprimento da fibra lc comprimento crtico da fibra L comprimento do grampo

xx

La trecho injetado do grampo (m) LL limite de liquidez (%) LP limite de plasticidade (%) pf permetro da fibra qs resistncia ao arrancamento do grampo (kPa) qsmdio resistncia ao arrancamento media (kPa) R resistncia eltrica do condutor Sh espaamento horizontal entre grampus

Si ndice de rigidez relativa solo-grampo Sv espaamento vertical entre grampus

To fora de trao na face do talude Tmx fora mxima de trao mobilizada ao longo do grampo (kN) Vexc voltagem de excitao (Volts) Vf volume de fibras w umidade natural (%) d peso especfico aparente seco (kN/m) deformao 1 deformao principal maior m deformao ltima da matriz resistividade do conductor

tenso

c resistncia compresso uniaxial (MPa) cmdio resistncia compresso uniaxial mdia (MPa) f resistncia trao da fibra mc tenso de fissurao da matriz s tenso horizontal no solo

t,b resistncia trao/compresso diametral (MPa) t,bmdio resistncia trao mdia/compresso diametral (MPa) z tenso vertical

tenso de cisalhamento ngulo de atrito L variao do comprimento R variao da resistncia eltrica do condutor

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Captulo 1 INTRODUO

1.1 Consideraes iniciais

As estruturas de conteno so utilizadas na estabilizao de encostas naturais ou escavadas. So muitas as tcnicas empregadas para proporcionar a estabilidade dos taludes, entre outras, pode-se citar a cortina atirantada, o muro de arrimo ou de gravidade, o solo compactado reforado e o solo grampeado.

O solo grampeado uma tcnica em que o reforo do macio obtido por meio da incluso de elementos resistentes. Esses elementos de reforo so muito semelhantes aos empregados em cortinas atirantadas, porm no h a aplicao de pr-tenso e nem a presena de trecho livre, sendo elementos passivos.

De modo geral, o grampeamento consiste em trs etapas: (i) realizao dos furos nos nichos ou nas bancadas, para o caso de taludes escavados; (ii) introduo de barras de ao envoltas por pasta de cimento injetada por gravidade, comumente com 15 de inclinao com a horizontal; e (iii) revestimento da superfcie do talude atravs da execuo de concreto projetado com tela metlica, ou concreto projetado com fibras, ou ainda apenas a aplicao de proteo vegetal, e implementao de um sistema de drenagem eficiente.

A resistncia ao arrancamento dos grampos (qs) est relacionada mobilizao do atrito no contato dos mesmos com o solo circundante. Os grampos trabalham basicamente trao e quanto maior o atrito solo-grampo, melhor ser o desempenho da incluso. Para que o atrito na interface seja mobilizado necessrio que haja pequenos deslocamentos entre o grampo e o material do macio.

Geralmente os materiais cimentcios so utilizados com a adio de barras de ao, como acontece na tcnica do solo grampeado, tanto na composio dos grampos, como na composio da face. Os materiais cimentcios apresentam baixa resistncia trao e pequena capacidade de deformao, caracterizados como materiais frgeis.

Tambm se podem incorporar fibras como reforo de materiais frgeis, sendo esta uma tcnica utilizada h muito tempo. No caso de materiais compsitos base de cimento Portland, a principal contribuio das fibras consiste no reforo da matriz, controlando a fissurao da mistura e alterando o seu comportamento aps a fissurao.

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As fibras retardam o surgimento da primeira fissura e distribuem as tenses, originando um maior nmero de fissuras menos visveis. Desta forma, elas proporcionam um aumento da tenacidade e da deformao na ruptura do compsito, entre outros benefcios, de acordo com a fibra e a matriz empregada.

Os materiais compsitos fibrosos so amplamente empregados, sendo tambm aplicados na tcnica do grampeamento, onde so comumente utilizados para compor o revestimento da face do talude.

Nesta dissertao, uma aplicao particular do material compsito fibroso proposta para a composio de grampos da tcnica de solo grampeado. Prope-se tambm um ensaio no convencional para a determinao da resistncia ao arrancamento (qs) dos grampos compostos por argamassa reforada com fibras. Ao invs de ensaios de arrancamento, so realizados ensaios de empurramento, correspondentes compresso da cabea do grampo para sua movimentao no interior do furo.

Esta pesquisa d continuidade aos estudos realizados por Magalhes (2005) e Leite (2007), em suas respectivas dissertaes de mestrado, os quais estudaram grampos com fibras de polipropileno ensaiados ao arrancamento, sendo pioneiramente idealizados pelos coordenadores do Grupo de Solo Grampeado, formado por pesquisadores da COPPE-UFRJ e da PUC-RIO.

1.2 Objetivo geral O principal objetivo desta dissertao estudar o comportamento mecnico de grampos compostos por argamassa reforada com fibras de polipropileno, visando constatar a viabilidade de substituio das barras de ao envoltas por pasta de cimento na tcnica de solo grampeado convencional, para fins de conteno de encostas.

1.3 Objetivos especficos

Realizar uma reviso bibliogrfica sobre solo grampeado e materiais compsitos fibrosos;

Adquirir conhecimento prtico da tcnica de grampeamento;

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Obter as curvas tpicas de carga-deslocamento, resultantes dos ensaios de arrancamento dos grampos convencionais e empurramento dos grampos no convencionais;

Verificar a distribuio do carregamento ao longo dos grampos convencionais e no convencionais durante a execuo dos ensaios de campo;

Realizar a exumao dos grampos ensaiados;

Determinar os parmetros de resistncia do solo, do material compsito fibroso e da pasta de cimento atravs de ensaios de laboratrio;

Determinar as resistncias ao arrancamento (qs) dos grampos convencionais e no convencionais;

Comparar a resistncia mobilizada entre os dois tipos de grampos;

1.4 Justificativas

Na tcnica convencional de grampeamento, faz-se uso de barras de ao envoltas por pasta de cimento, sendo o ao o constituinte de custo mais elevado na composio desses grampos, alm de requerer cuidados especiais para evitar a corroso.

Esta dissertao apresenta uma soluo alternativa tcnica convencional de grampeamento, propondo a execuo de grampos compostos por apenas material compsito fibroso, constitudos de argamassa reforada com fibras de polipropileno, injetada no interior de uma perfurao previamente executada no talude. Essa soluo tem como vantagens principais a economia de tempo e de recursos, alm de facilitar o processo executivo dos grampos.

O trao adotado para a argamassa reforada com fibras deve ser previamente testado, assegurando as condies de trabalhabilidade no campo, possibilitando o processo de mistura e de injeo do material compsito no interior dos furos. Os grampos no convencionais, para que possam ser utilizados na tcnica de conteno de encostas, devem oferecer resistncia mecnica suficiente para suportar os esforos de trao e de cisalhamento mobilizados ao longo dos mesmos, produzidos por pequenos deslocamentos, garantindo a estabilidade do talude.

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1.5 Metodologia

O desenvolvimento desta dissertao compreendeu trs etapas fundamentais. A primeira etapa consistiu no levantamento de informaes, a partir da realizao da reviso bibliogrfica sobre o tema solo grampeado e materiais compsitos fibrosos, atravs de buscas na literatura nacional e internacional.

A segunda etapa deste trabalho incidiu na realizao dos trabalhos de campo, como preparao e instalao dos grampos convencionais e no convencionais, realizao dos ensaios mecnicos de arrancamento e empurramento e exumao dos grampos. Os trabalhos de laboratrio compreenderam na realizao de ensaios de caracterizao e cisalhamento direto em amostras de solos do talude e ensaios de compresso uniaxial e diametral em corpos-de-prova de pasta de cimento e argamassa reforada com fibras de polipropileno.

A terceira etapa fundamentou-se na determinao dos valores mximos das foras de trao e de compresso obtidas nos ensaios de arrancamento e empurramento, respectivamente. De posse desses valores pde-se calcular os valores de resistncia ao arrancamento (qs) na ruptura para os grampos convencionais e no convencionais, e verificar a distribuio do carregamento ao longo dos grampos. Foram analisados os resultados obtidos e o comportamento dos grampos convencionais e no convencionais foram comparados.

1.6 Estrutura da dissertao

A presente dissertao est dividida em cinco captulos:

Captulo 1 Introduo: realiza uma breve exposio sobre solo grampeado e materiais compsitos fibrosos, com a definio dos objetivos (geral e especficos), descrio das justificativas e apresentao da metodologia seguida para a realizao dessa dissertao, alm da estrutura da mesma.

Captulo 2 Consideraes sobre solo grampeado: apresenta uma reviso bibliogrfica sobre solo grampeado, contendo o histrico da tcnica, conceitos, processo executivo, vantagens e limitaes, mecanismos e comportamento e anlise de estabilidade do grampeamento, alm de uma explanao sobre o ensaio de arrancamento, a mobilizao do atrito ao longo dos grampos e a instrumentao extensomtrica.

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Captulo 3 Consideraes sobre materiais compsitos: oferece uma reviso bibliogrfica sobre materiais cimentcios reforados com fibra. So descritos os conceitos bsicos das fases fibra e matriz e a interao entre as fases, os parmetros que influenciam o desempenho e o comportamento mecnico dos materiais compsitos. Tambm so apresentadas as propriedades dos materiais compsitos no estado fresco e no estado endurecido, alm da exposio de algumas aplicaes desses materiais, como na composio de grampos com argamassa reforada com fibras de polipropileno na tcnica de grampeamento de solos.

Captulo 4 Programa experimental: descreve a metodologia desenvolvida para a pesquisa, com a exposio da rea experimental, dos grampos convencionais e no convencionais, dos materiais utilizados, do processo de instalao dos grampos no talude e dos ensaios de campo representados pelos ensaios de arrancamento e de empurramento. Por fim apresentado o processo de exumao dos grampos, os ensaios de laboratrio realizados com o solo coletado do talude, com a pasta de cimento e argamassa com fibras dos grampos.

Captulo 5 Apresentao e anlise dos resultados: apresenta algumas informaes relevantes para o processamento dos ensaios de campo, os resultados dos ensaios de arrancamento e empurramento, as curvas carga-deslocamento, aspectos de comportamento e problemas ocorridos durante a realizao de alguns ensaios. Os valores de resistncia ao arrancamento dos grampos (qs) so apresentados, discutidos e comparados entre si e com outros resultados presentes na literatura. So apresentadas e analisadas as curvas de distribuio de carga ao longo do comprimento do grampo. As observaes resultantes da exumao dos grampos convencionais e no convencionais tambm so reportadas.

Captulo 6 Concluses e sugestes: oferece as principais concluses desta dissertao e algumas sugestes para futuras pesquisas.

Ao final desta dissertao so apresentadas as referncias bibliogrficas e os anexos, com as curvas de calibrao dos equipamentos utilizados nos ensaios de campo.

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Captulo 2 CONSIDERAES SOBRE SOLO GRAMPEADO

2.1 Consideraes iniciais Este captulo explana sobre solo grampeado, apresentando uma reviso bibliogrfica de forma a abordar os itens mais relevantes. Inicialmente realizada uma exposio do histrico, do conceito, do processo executivo, e das vantagens e limitaes. Na sequncia so abordados o mecanismo e o comportamento do solo grampeado, assim como a sua anlise de estabilidade. Posteriormente so apresentados os princpios do ensaio de arrancamento, da mobilizao do atrito ao longo dos grampos, e da instrumentao extensomtrica.

2.2 Histrico

Segundo Mitchell e Villet (1987), a tcnica de solo grampeado ou soil nailing se originou, em parte, da tcnica utilizada na execuo de apoios de tneis e galerias chamada NATM (New Austrian Tunneling Method) aplicada Engenharia de Minas. A partir de 1945 esta tcnica foi desenvolvida pelo professor Landislau Von Rabcewicz, para avano de escavaes em tneis rochosos, tendo em vista a necessidade de se promover a estabilidade das paredes e teto de escavaes subterrneas de forma rpida e segura. Este mtodo evoluiu significativamente na Europa entre o final da dcada de 50 e a primeira metade da dcada seguinte.

O mtodo NATM admite a formao de uma regio plastificada no entorno da escavao devido ao efeito do peso e das tenses confinantes na cavidade. A aplicao de chumbadores curtos e radiais e um revestimento flexvel composto por concreto projetado sobre uma tela metlica logo aps a escavao permite a deformao do terreno e redistribuio das tenses in situ.

No mtodo convencional de execuo de tneis, os deslocamentos so impedidos por um revestimento rgido que mobiliza esforos muito maiores requerendo revestimentos mais espessos, tornando-se uma soluo de custo mais elevado.

A Figura 2.1 exemplifica o mtodo convencional e o mtodo NATM em tnel. Ortigo et al. (1993) afirmam que uma escavao estabilizada em solo grampeado est

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para o mtodo NATM, da mesma forma que a soluo convencional de tneis est para a cortina atirantada.

Figura 2.1 Comparao do NATM com a tcnica convencional (ORTIGO et al., 1993).

Pode-se tambm atribuir o desenvolvimento do solo grampeado s tcnicas de solos reforados, as quais, em ltima anlise e em termos prticos, se assemelham muito s tcnicas de solo grampeado (FEIJ, 2007). Abramento et al. (1998) asseguram que o mtodo NATM ganhou a aceitao dos profissionais e evoluiu, por exemplo, para a aplicao no tnel Massemberg, em 1964, executado em um macio composto por uma camada de xisto graftico argiloso. Outras aplicaes e novas experincias ocorreram e as finas camadas de concreto projetado com a presena de chumbadores passaram a substituir os pesados escoramentos de madeira, na estabilizao de rochas brandas e solos menos resistentes, alm das aplicaes ocorrentes em rochas duras.

Conforme Clouterre (1991), Lizzi (1970) apresentou um processo de estabilizao de encostas em solo, atravs de chumbadores longos no protendidos, executados com diversas inclinaes e fixados a vigas de concreto armado. Este sistema deu origem s estacas raiz, usualmente empregadas como reforo de fundaes.

Bruce e Jewell (1987) acrescentam que a primeira utilizao do solo grampeado de que se tem registro ocorreu na Frana em 1972, quando foi executado um talude ferrovirio com cerca de 70 de inclinao, prximo cidade de Versailles. O macio, constitudo por arenito, foi estabilizado com chumbadores de 4 a 6 m de comprimento,

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injetados em furos com espaamento de 70 cm e cerca de 100 mm de dimetro. Esta obra bem sucedida intensificou o uso desta tcnica no pas.

O primeiro experimento com uma estrutura em solo grampeado em verdadeira grandeza foi realizada na Alemanha. A estrutura foi construda e levada ruptura atravs da aplicao de uma sobrecarga, similar s utilizadas em provas de carga em estacas (STOCKER et al., 1979).

A partir do incio dos anos 70, a tcnica de solo grampeado passou a se desenvolver e outros pases comearam a utiliz-la. Frana, Alemanha Ocidental e Estados Unidos lideraram pesquisas no sentido de se obter conhecimentos a respeito deste mtodo de estabilizao.

Em 1979 ocorreu um simpsio sobre a tcnica de solo grampeado em Paris, abrindo espao para a troca de idias entre os profissionais, proporcionando a compreenso dos mecanismos fsicos envolvidos, e impulsionando a adoo do grampeamento como soluo de estabilizao.

Abramento et al. (1998) comentam que uma empresa sua radicada no Brasil aplicou, em 1966, concreto projetado sobre tela metlica com grampos para estabilizar taludes na rea do reservatrio da Barragem de Xavantes. Em 1970, outra empresa utilizou concreto projetado sobre tela metlica e chumbadores curtos para os emboques de um dos tneis do Sistema Cantareira, para o abastecimento de gua cidade de So Paulo. Nos tneis e taludes da Rodovia dos Imigrantes, em 1972, tambm foram aplicadas contenes com chumbadores, dos tipos perfurados com injeo de calda de cimento e simplesmente cravados.

Ortigo et al. (1993) explanam que no pas a tcnica do solo grampeado pode ser dividida em duas fases: uma antiga e emprica, baseada na experincia dos construtores em NATM, e outra atual, em que tm sido projetadas obras mais arrojadas, com a utilizao de mtodos de anlise desenvolvidos, estudados e discutidos nos ltimos 25 anos por pesquisadores do mundo inteiro.

2.3 Conceito

A tcnica de estabilizao de macios em geral e de escavaes conhecida como solo grampeado uma excelente opo devido ao baixo custo, equipamentos

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construtivos leves, adaptabilidade s condies do terreno (taludes inclinados e verticais) e flexibilidade a deformaes.

O solo grampeado uma tcnica em que o reforo do talude natural ou escavado obtido com a introduo de barras de ao, as quais apresentam maior resistncia s tenses de trao, esforos cortantes e momentos fletores. As barras de ao so envoltas por pasta de cimento injetada, nos furos pr-abertos, comumente com 15 de inclinao com a horizontal. As barras no so protendidas e no apresentam trecho livre. Em outras obras as barras podem ser apenas cravadas diretamente no talude, sem a proteo de pasta. A estrutura de conteno em solo grampeado finalizada com a aplicao de um revestimento na face do talude e a implementao de um sistema de drenagem adequado.

A distribuio dos grampos na face do talude de solo a ser estabilizada depende, principalmente, da geometria desse talude, das propriedades mecnicas do solo e das propriedades mecnicas dos prprios grampos.

Lima (2002) concluiu em sua pesquisa que para escavaes de baixa altura (inferiores a 5m), a razo entre comprimento do grampo e altura da escavao deve ser superior a 0,7 e a razo entre espaamento vertical e comprimento do grampo inferior a 50%. Para escavaes maiores, a razo entre espaamento vertical e comprimento do grampo deve ser inferior a 25%.

Para o dimensionamento e realizao de projetos em solo grampeado devem ser definidos o comprimento dos grampos (L), o seu ngulo de instalao e os espaamentos verticais (Sv) e horizontais (Sh) no talude. No existe uma metodologia padro ou nica a ser seguida para permitir a realizao do dimensionamento de uma estrutura em solo grampeado. As bibliograficas pertinentes apresentam diferentes enfoques em relao s premissas de clculo.

O grampeamento do solo possibilita a execuo de cortes em grandes desnveis e inclinaes, em locais que de outra forma seriam instveis. Dessa maneira, a tcnica pode ser utilizada tanto em taludes naturais como em taludes escavados, sendo tambm aplicada a taludes rompidos ou instveis, emboques de tneis, escavaes de subsolos, inclusive em centros urbanos, dentre outros.

Segundo Ehrlich (2003), em geral, a aplicao de um revestimento na face do talude em solo grampeado apresenta uma funo secundria na estabilizao do macio,

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sendo utilizada basicamente para proporcionar uma estabilidade pontual contra rupturas localizadas e proteo eroso. Comumente o faceamento feito em concreto projetado reforado com malha metlica, porm, tambm pode ser adotada cobertura vegetal em taludes mais abatidos.

necessrio realizar um sistema de drenagem superficial e profunda para garantir uma estabilizao eficiente. A gua aumenta as poropresses que diminuem as tenses efetivas e, portanto, reduz a resistncia ao cisalhamento do macio. A presena de gua tambm pode ocasionar a corroso das barras de ao, caso no sejam adequadamente protegidas. A drenagem superficial e a profunda se encarregam de promover tanto a estabilizao pontual, junto ao paramento da estrutura, quanto a estabilizao global do macio.

A tcnica do solo grampeado pode ocasionar o aumento do custo da obra em terrenos de baixa resistncia, devido necessidade de utilizao de grampos longos e numerosos. O grampeamento tambm pode gerar deformaes importantes,e em alguns casos no aceitveis. Isso ocorre devido necessidade de deslocamentos no macio para que os grampos sejam mobilizados, pois so incluses passivas. Em geral, os deslocamentos mximos so inferiores a 0,2 at 0,3% da altura da escavao (H).

Lima (2007) monitorou uma escavao em solo grampeado, atravs da instrumentao do macio e dos grampos e observou que os deslocamentos do macio e os esforos nos grampos cresceram significativamente com o avano da escavao e que os mesmos no tinham cessado at o final da obra.

2.4 Processo executivo

O processo executivo de um talude em solo grampeado simples e consiste das seguintes etapas principais: escavao (mecnica ou manual) prvia do talude, em nichos ou bancadas, caso necessrio; realizao de pr-furos, com a utilizao de equipamentos mecnicos ou manuais; instalao dos grampos; e implementao do faceamento e do sistema de drenagem. Em virtude das condies de estabilidade do terreno, a ordem da instalao dos grampos e do paramento da face pode ser invertida.

Lima (2007) monitorou uma escavao em solo grampeado, atravs da instrumentao do macio e dos grampos e observou que o comportamento do talude foi influenciado pelo processo executivo adotado e por outra escavao no terreno vizinho.

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Zirlis et al. (1999) exemplificam atravs das Figuras 2.2 e 2.3 a sequncia de trabalho de uma conteno em um talude escavado com a utilizao da tcnica do solo grampeado, com o emprego de equipamentos mecnicos e manuais.

Figura 2.2 Execuo do solo grampeado com equipamentos mecnicos (ZIRLIS et al., 1999).

Figura 2.3 Execuo do solo grampeado com equipamentos manuais (ZIRLIS et al., 1999).

A altura mxima para se escavar em cada etapa depende da resistncia do material e da inclinao final da face da estrutura. Segue-se, ento, execuo da primeira linha de grampos e posterior revestimento da face com concreto projetado. No caso de taludes j escavados ou encostas naturais, pode-se trabalhar de forma

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descendente ou ascendente, conforme a convenincia (KOCHEN, 2003). Na maioria dos casos o grampeamento realizado de forma descendente, devido s vantagens proporcionadas.

Ortigo et al. (1993) comentam que o solo a ser escavado deve apresentar uma resistncia aparente no drenada ao cisalhamento mnima de 10 kPa. Este valor de resistncia obtido na maioria dos solos argilosos e arenosos, inclusive em areias puras midas, como conseqncia da capilaridade. No caso de areias secas e sem nenhuma cimentao esta tcnica no ser bem sucedida.

Os grampos injetados so executados sub-horizontalmente no macio por meio de um pr-furo, seguido da introduo do elemento metlico e preenchimento do furo com material cimentante. Os grampos injetados so os mais empregados, visto que o processo construtivo e os equipamentos necessrios para a sua instalao so

semelhantes aos utilizados na tcnica de estabilizao com de tirantes. Os grampos podem ser cravados, sendo executados por meio de cravao direta de elementos metlicos no terreno, tais como, barras, cantoneiras ou tubos de ao.

Conforme Abramento et al. (1998), os grampos cravados podem tambm ser instalados atravs da cravao da barras ou tubos de ao utilizando marteletes pneumticos ou de forma manual. A principal vantagem deste mtodo est na rapidez de sua execuo. Porm, a resistncia ao cisalhamento do contato solo-grampo reduzida.

Ortigo et al. (1993) complementam que os grampos cravados apresentam maior suscetibilidade corroso. Alm disso, a cravao difcil ou impossvel em materiais com pedregulhos e solos muito competentes, sendo tambm limitada por um comprimento mximo de cravao de 6,0 m. Esta tcnica menos utilizada no Brasil e voltada para contenes provisrias.

Os grampos injetados so realizados com perfuraes prvias de dimetros usualmente entre 75 e 150 mm, seguido da introduo de uma barra de ao, com dimetro de 12,5 a 38,1 mm, e injeo de nata de cimento com presses reduzidas, inferiores a 100 kPa. A perfurao deve seguir de maneira que a cavidade perfurada se mantenha estvel at o trmino da injeo. Zirlis et al. (1999) afirmam que a inclinao dos furos pode variar de 5 a 30 com a horizontal, para facilitar o processo de injeo da nata de cimento.

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O ao utilizado para os grampos injetados de alta resistncia. As barras e os componentes do sistema podem ser fornecidos de fbrica com pintura anticorrosiva (epxica) ou galvanizados. As protees contra corroso devem ser executadas considerando a vida til do grampo (permanentes ou provisrios) e o nvel de agressividade do terreno em que os mesmos sero instalados. As barras rosqueadas melhoram a aderncia com a pasta de cimento e facilitam a ligao do grampo com a face. O comprimento dos grampos injetados varia de 0,5 a 1,0 m da altura do talude (H) e a com distribuio de um grampo por 3 a 6 m de face.

Os equipamentos utilizados para perfurao so perfuratrizes do tipo sonda, crawlair, wagon drill ou perfuratrizes manuais. Os fluidos de perfurao e limpeza do furo podem ser gua, ar ou lama, tendo-se tambm a opo dos trados helicoidais contnuos. No caso de se utilizar lama bentontica, deve-se assegurar que esta seja removida por completo atravs da introduo da calda de cimento, para evitar um decrscimo da resistncia ao atrito lateral devido presena da lama. A escolha do equipamento de perfurao depende do tipo de solo, da profundidade do furo, do seu dimetro e da rea de trabalho.

Ao longo das barras de ao so acoplados centralizadores, que evitam o contato direto das barras de ao com as paredes dos furos, garantindo uma cobertura uniforme da barra pela pasta de cimento. Tambm so fixados um ou mais tubos de injeo e reinjeo, ao longo das barras de ao, com dimetro que variam de 8 a 15 mm. Esses tubos apresentam vlvulas vedadas espaadas de 30 a 50 mm, at cerca de 1,0 m da boca do furo, as quais se abrem quando ligadas bomba de injeo. A quantidade de tubos depende do nmero de fases de injeo previstas. Pode-se realizar a injeo de calda de cimento aps a introduo da barra de ao no furo, ou preencher o furo com material cimentante e em seguida inserir a barra de ao. Zirlis et al. (1999) nomeiam a primeira injeo de calda de cimento como bainha, a qual recompe a cavidade escavada.

A pasta de cimento deve ser preparada em misturadores de alta turbulncia e, conforme Pitta et al. (2003), com fator gua/cimento em peso variando entre 0,5 e 0,7. A bainha injetada pela tubulao auxiliar, de forma ascendente (do fundo para a superfcie), at extravasar na boca do furo.

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Aditivos podem ser acrescidos a pasta de cimento como, por exemplo, plastificantes, retardadores do tempo de pega e expansores. A Georio (2000) afirma que o atrito lateral unitrio obtido atravs da utilizao de aditivos expansores atinge valores razoavelmente elevados em solos compactos ou rijos. Esse tipo de aditivo tambm evita a retrao, garantindo o preenchimento total e contnuo da cavidade.

Qualquer fluido cimentante pode ser utilizado, sendo caractersticas as injees com calda de cimento ou resinas. As resinas so tipicamente utilizadas em contenes de macios rochosos, j em solos comum utilizar caldas com elevado teor de cimento. Zirlis et al. (1999) afirmam que nos casos onde se deseja um aumento na aderncia lateral solo-calda necessria a realizao de uma segunda injeo (reinjeo) aps um perodo de tempo total mnimo de 12 horas da fase de injeo inicial. Abramento et al. (1998) destacam que a reinjeo, alm de promover uma maior ancoragem da barra de ao, ainda trata o macio atravs do preenchimento das fissuras.

Pitta et al. (2003) comentam que a reinjeo realizada com a calda sob presso por meio de tubo de injeo fixado junto barra de ao, sendo possvel controlar a quantidade de calda de cimento injetada, medindo-se a presso de injeo e o volume de calda injetado. Souza et al. (2005) analisaram doze grampos com as mesmas caractersticas geomtricas (dimetro, comprimento e inclinao), executados com diferentes estgios de injeo. Foi constatado que nos grampos envolvidos apenas com a bainha, a exsudao da nata de cimento provoca vazios em grande parte do furo, impedindo a reconstituio do confinamento prejudicado/reduzido pela perfurao. Portanto, deve ser realizada pelo menos uma fase de reinjeo, de preferncia sob presso, o que melhora sensivelmente o contato entre o grampo e o solo. Os ensaios de arrancamento realizados comprovam esta melhoria atravs do aumento da resistncia ao atrito lateral.

Springer (2006) estudou o comportamento tenso-deformao-resistncia de grampos ensaiados ao arrancamento, em funo do mtodo de instalao, sendo considerados grampos com e sem pr-lavagem do furo, com uma ou duas injees de nata de cimento, com trs ou dez dias de cura. Uma das principais concluses foi que a resistncia ao arrancamento de grampos reinjetados (bainha + 1 injeo), executados em solo residual maduro, foi em mdia 37% superior resistncia de grampos com uma injeo (bainha).

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Silva e Bueno (2009) concluram, atravs de ensaios de arrancamento em grampos curtos e longos com uma, duas ou trs fases de injees alm da bainha, que a resistncia ao arrancamento (qs) relacionada ao volume de calda de cimento injetado, visto que ocorreu um aumento significativo de qs com o acrscimo de injees. Os autores tambm afirmaram que a quantificao do volume de injeo uma excelente opo no controle de qualidade de execuo do grampo.

2.5 Revestimento da face

O faceamento responsvel pela estabilizao da face, pois absorve alvio das tenses provocadas pela escavao, alm de proteger a face do talude contra os processos erosivos causados pela chuva.

Springer (2006) comenta que geralmente as faces dos taludes em solo grampeado so executadas na vertical. No entanto, a inclinao da face induz a uma aprecivel melhoria nas condies de estabilidade durante a construo e a vida til da obra.

Em muros de grande altura, a construo de bermas se apresenta como uma boa soluo esttica e tcnica. Possibilita o acesso facilitado a diferentes partes da obra, provando ser extremamente til nas fases de manuteno e monitoramento ou quando algum servio posterior construo venha a ser realizado (SPRINGER, 2006).

A face do talude, ao longo de toda a altura a ser estabilizada e protegida, pode ser composta por concreto projetado (com ou sem adio de fibras) sobre armadura convencional ou tela/malha eletrossoldada de ao, ou concreto projetado com adio de fibras metlicas. Tambm podem ser utilizados painis pr-fabricados de concreto e revestimentos vegetais, esses para o caso de taludes abatidos, apresentando inclinao inferior a 60, o que proporciona um melhor efeito esttico.

A escolha habitual pelo concreto projetado deve-se basicamente s vantagens que esse apresenta, como grande durabilidade, tenacidade e facilidade de aplicao. Segundo Abramento et al. (1998), necessrio garantir o recobrimento da armadura e tomar cuidados especiais durante a projeo, a fim de que haja uma boa ligao entre o concreto e a armadura. A funo principal da armao do paramento suportar as tenses de oscilaes trmicas.

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O concreto projetado pode ser acrescido de fibras, de ao ou de polipropileno, aumentando a sua homogeneidade, resistncia trao, ductilidade e resistncia corroso.

A presena das fibras produz um concreto de alta tenacidade e baixa permeabilidade, uma vez que as tenses de trao so combatidas homogeneamente em toda a pea, desde o incio do processo de cura. Tambm proporciona a reduo de mo-de-obra, pois no h necessidade de pessoal para preparo e instalao das telas metlicas.

Conforme Georio (2000), a utilizao de concreto reforado com fibras para compor a face dos taludes apresenta as seguintes vantagens: rapidez de execuo devido eliminao da etapa de colocao da tela, reduo de volume de concreto projetado devido reduo nas perdas por reflexo e melhor controle sobre a espessura da camada.

Pitta et al. (2003) relatam a tendncia moderna de se armar o concreto somente com fibras e sugerem a execuo de juntas no sentido vertical, espaadas de 10 a 20 m, para evitar o aparecimento de trincas. A fibra de polipropileno pode ser uma boa opo para a armao do concreto projetado, sua aplicabilidade excelente e no sobre os efeitos de corroso.

Quanto ao preparo, existem duas maneiras de se obter o concreto projetado: por via seca ou por via mida (LEITE, 2007). Segundo Zirlis et al. (1999), a diferena bsica entre os dois mtodos est no preparo e conduo dos materiais componentes do concreto. Na via seca, os componentes slidos do concreto so misturados a seco, e a adio da gua mistura ocorre junto ao bico de projeo, instantes antes da aplicao. Na via mida, o concreto misturado com todos os seus componentes e conduzido atravs dos mangotes at o local de aplicao.

O jateamento por via seca mais utilizado nas obras devido sua maior praticidade, no havendo, entretanto, qualquer objeo utilizao do jateamento por via mida (MAGALHES, 2005).

O trabalho pode ser interrompido e reiniciado sem perda de material e de tempo para limpeza do equipamento no processo por via seca. No caso de utilizao de grandes volumes de concreto, superior a 5 m, aplicados ininterruptamente, a via mida empregada e, a cada paralisao, necessrio efetuar uma limpeza geral no mangote.

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Springer (2006) acrescenta que a perda por reflexo do concreto na parede da conteno sensivelmente maior (cerca de 40%) no caso de se usar a via seca em comparao com o processo por via mida.

Leite (2007) relaciona os equipamentos necessrios para a projeo do concreto por via seca, sendo eles: bombas de projeo, compressor de ar, bomba de gua, mangote, bico de projeo, anel de gua e bico pr-umidificador (opcional). A bomba de projeo recebe o concreto seco, devidamente misturado, e o disponibiliza para aplicao. Dessa forma, o concreto conduzido pelo mangote at o local desejado, impulsionado por ar comprimido em vazo e presso adequadas.

A bomba de gua pode ser substituda pela rede de abastecimento pblica, desde que fornea presso ao bico de projeo de, no mnimo, 0,1 MPa. O anel de gua o componente de ligao pelo qual se adiciona gua ao concreto. Se desejvel, pode-se utilizar um bico pr-umidificador, instalado a cerca de trs metros do bico de projeo, com objetivo de fornecer gua ao concreto antes do ponto de aplicao. Na projeo por via mida, o concreto j entra na bomba devidamente dosado e no bico de projeo injetado ar comprimido para o seu lanamento. Nesse caso o concreto projetado de maior qualidade e homogeneidade. Conforme Abramento et al. (1998), a elevada energia em que a mistura submetida por ocasio de sua projeo promove boas condies de compactao do concreto, colaborando tanto para sua alta resistncia, como tambm para o adensamento da capa superficial do solo.

A resistncia normalmente exigida para o concreto projetado de 15 MPa, mas na prtica podem ser atingidos valores muito superiores, at cerca de 40 MPa. A confeco da mistura seca pode ser feita na prpria obra ou fornecida por usina. A espessura da camada pode variar de 5 a 15 cm (LEITE, 2007).

Em projetos, recomenda-se o embutimento do p do paramento, a fim de prevenir o carregamento dos finos dos solos devido presena de algum fluxo de gua, e manter o confinamento do solo atrs da face. Esse embutimento depende das caractersticas do solo e da geometria da face (altura e inclinao). Para estruturas mdias a longas, o valor mnimo do embutimento para solos resistentes de 20 cm e para solos menos resistentes de H/20, sendo H a altura da escavao (SPRINGER, 2006).

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O tipo de conexo das barras dos grampos junto face do talude funo do dimetro. As barras com dimetro inferior a 20 mm podem apresentar uma dobra de 90 e aproximadamente 20 cm na sua extremidade, para fixao do grampo ao paramento. J as barras de dimetro superior a 20 mm so fixadas com auxlio de uma placa de apoio e porca, permitindo a aplicao de uma pequena carga de incorporao (da ordem de 5 a 10 kN).

No caso de muros com paramento vertical, recomenda-se a fixao de barras com auxlio de placa de apoio e porca, garantindo a aderncia solo-concreto projetado e evitando possveis desplacamentos. A Figura 2.4 apresenta detalhes das cabeas dos grampos com barras de dimetro superior e inferior a 20 mm. Outras configuraes para a extremidade dos grampos junto face podem ser empregadas, como mostram as Figuras 2.5 e 2.6.

Figura 2.4 Cabeas de grampos com barras de dimetro superior e inferior a 20 mm (ORTIGO et al., 1993).

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Figura 2.5 Exemplos da extremidade do grampo junto face (INGOLD, 1995).

Figura 2.6 Extremidade do grampo embutida no terreno (ORTIGO et al., 1993).

2.6 Drenagem

A execuo de solos grampeados exige que o talude a ser estabilizado esteja com acima do nvel dgua ou que o nvel dgua seja rebaixado antecipadamente. No obstante, mesmo tomando estas medidas, necessrio evitar que a percolao de gua de outras fontes, como a gua da chuva ou provinda de vazamentos de tubulaes de gua e esgoto, ocorra na direo do paramento. Portanto, juntamente com o avano dos trabalhos, executa-se o sistema de drenagem com a instalao de drenos sub-horizontais

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profundos (DHP) e drenos pontuais e superficiais junto face (barbaas), alm da execuo de canaletas de crista e p e descidas d'gua em concreto armado.

Os drenos sub-horizontais profundos captam a gua distante da face, conduzindo-as para o exterior do talude (Figura 2.7). Esses drenos diminuem o empuxo na zona reforada. O processo construtivo consiste na perfurao do solo em dimetros de 60 a 100 mm e instalao de tubos plsticos drenantes de 40 a 50 mm de dimetro. Esses tubos so perfurados e revestidos por uma manta geotxtil ou tela de nilon. O comprimento dos drenos situa-se, normalmente, entre 6 e 18 m, devendo ser maior que o comprimentos dos grampos. O espaamento entre eles depende das condies locais, tais como nvel do lenol fretico, frequncia de chuvas, permeabilidade do solo, etc.

Figura 2.7 Esquema de dreno sub-horizontal profundo (SOLOTRAT, 2003).

A drenagem superficial ou de paramento (Figura 2.8) realizada por meio de drenos do tipo barbac, situados na face do talude, e de drenos lineares contnuos, localizados atrs da face. Esses drenos recolhem a gua que chega at o paramento e evitam a saturao do solo nesta regio.

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Figura 2.8 Esquema de drenagem superficial (HACHICH et al., 1999).

O dreno tipo barbac responsvel pela drenagem pontual. Trata-se da escavao de uma cavidade com cerca de 40 x 40 x 40 cm, preenchida com material arenoso ou brita envolvido por tela de nilon ou geotxtil drenante. Essa cavidade conectada a um tubo de PVC drenante com inclinao descendente para o exterior, que conduz a gua para fora do macio. Mitchell e Villet (1987) recomendam o uso de tubos de PVC de aproximadamente 100 mm dimetro, comprimento variando de 0,3 a 0,5 m e espaamento idntico ao dos grampos.

Os drenos lineares contnuos, instalados atrs do paramento da face, se estendem verticalmente da crista ao p do talude, despejando as guas coletadas em uma canaleta alojada no p do paramento. So constitudos por uma calha plstica drenante revestida por manta geotxtil, geodreno ou por dreno fibroqumico, instalados numa escavao de cerca de 10 x 30 cm.

Para completar o sistema de drenagem, so construdas canaletas de crista e p, bem como escadas de descidas dgua, moldadas in loco e revestidas por concreto projetado. Atravs dos sistemas de drenagem a gua conduzida para fora do talude de maneira adequada, sendo necessrio garantir a sua manuteno.

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2.7 Vantagens e limitaes

A tcnica de conteno de taludes em solo grampeado apresenta vantagens e limitaes. As vantagens do solo grampeado so:

Baixo custo

Os grampos so o nico elemento estrutural utilizado para a estabilizao na tcnica do solo grampeado. O faceamento do talude/escavao em concreto projetado, revestimentos pr-fabricados, ou proteo superficial com vegetao tem custo relativamente baixo e pode permitir uma considervel economia em relao s solues convencionais. So necessrios poucos equipamentos para a execuo da obra, como escavadeira, perfuratriz, misturador e bomba de injeo de pasta de cimento ou martelo para a cravao do grampo. Magalhes (2005) afirma que o emprego dessa tcnica apresenta uma economia de 10 a 50% em relao aos sistemas de conteno atirantados.

Equipamentos leves e acessibilidade

Podem ser utilizadas perfuratrizes e bombas de diversos tamanhos, como equipamentos de pequeno porte e de fcil manuseio para transporte at reas instveis, densamente ocupadas ou espaos de trabalho limitados. Normalmente so empregadas sondas rotativas de pequeno porte para a execuo dos furos e a injeo da pasta de cimento obtida por gravidade. O faceamento pode ser aplicado manualmente ou utilizando-se um equipamento de projeo. Dringenberg e Craizer (1992) acrescentam que os equipamentos empregados so pouco ruidosos e ideais para a execuo de obras urbanas, nas quais os rudos, as vibraes e as condies de acesso so muito importantes.

Produo

Devido ao avano contnuo dos servios, no necessitando de paralisaes para a cura do concreto, ensaios de verificao e protenso das ancoragens (comuns em cortinas atirantadas), o grampeamento permite uma maior velocidade de execuo se comparada com as solues convencionais. Isso tambm se deve aos equipamentos requeridos para execuo do mtodo.

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Adaptao s condies locais

O mtodo de grampeamento dispe da facilidade de adaptao a diferentes condies geomtricas do talude, podendo adotar a forma do macio com suas irregularidades naturais, evitando escavaes. Tambm apresenta grande flexibilidade de adaptao s mudanas do projeto, caso sejam necessrias, nos diversos estgios da obra, quanto distribuio, dimensionamento, espaamento, comprimento e nmero de grampos.

Segurana e deformabilidade

Os taludes, em solo grampeado, podem ser executados de forma inclinada, contribuindo para uma maior estabilidade da obra. A inclinao ao mesmo tempo minimiza os movimentos de terra e as perdas por reflexo do concreto projetado. Alm disso, o solo grampeado uma estrutura deformvel, tolerando com segurana a ocorrncia de recalques absolutos ou diferenciais. Springer (2006) assegura que um grampo que venha a sofrer uma sobrecarga, no induzir o colapso do sistema como um todo.

Juran e Elias (1991) reportam que os deslocamentos necessrios para a mobilizao dos grampos foram consideravelmente menores do que os previstos, segundo medies no campo. Os valores mximos medidos foram em torno de 0,3% da altura dos taludes verticais (H). Os deslocamentos podem ser minimizados se o grampeamento for realizado logo aps a escavao, prevenindo danos as estruturas prximas.

Springer (2006) comenta que caso existam estruturas prximas sensveis a movimentaes do solo, podem ser adotadas solues mistas como grampos e ancoragens convencionais para aumentar a rigidez da estrutura e reduzir os movimentos no terreno. Embora a maioria das aplicaes do solo grampeado at agora esteja limitada a solos homogneos, este mtodo tambm pode ser utilizado em solos heterogneos. As melhores condies observadas para o grampeamento ocorrem em solos granulares compactos ou em argilas arenosas rijas de baixa plasticidade. Vucetic et al. (1993) afirmam que para regies ssmicas, a tcnica do solo grampeado um bom mtodo de conteno a ser adotado, sendo analisado e confirmado o desempenho e a estabilidade das estruturas nestas regies atravs de ensaios em centrfuga.

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Algumas limitaes da tcnica de grampeamento so:

Tipo de Solo

O solo deve apresentar alguma cimentao ou coeso (mesmo que proveniente da suco), devido necessidade de oferecer resistncia ao cisalhamento, para que o talude, caso seja escavado, permanea estvel por algumas horas at a perfurao, instalao e injeo dos grampos. Para isso, as escavaes podem ser limitadas por nichos ou por linhas de grampeamento, de acordo com a necessidade, assegurando a estabilidade da escavao.

A tcnica no aconselhada para areias puras e secas, solos moles, solos com alto teor de argila ou passveis de variaes volumtricas significativas (argilas expansivas e argilas orgnicas) e solos suscetveis ao congelamento, pois as deformaes intrnsecas a esta tcnica poderiam ser, nesses casos, inaceitveis.

Presena de nvel dgua

O uso da tcnica limita-se a taludes sem nvel dgua ou distanciados atravs de um eficiente sistema de rebaixamento permanente do lenol fretico antes da execuo do grampeamento, alm de um bom sistema de drenagem profunda e superficial.

Em condies de drenagem inadequada, o nvel fretico pode ocasionar instabilizaes localizadas, dificultando a execuo do faceamento em concreto projetado. No caso de solos argilosos, pode-se ter a elevao do grau de saturao, aumento da poropresso e significativa reduo do atrito solo-grampo, esse fato associado a um aumento na tenso horizontal (empuxo hidrosttico) pode levar a instabilizaes e rupturas localizadas na massa de solo. A presena de gua tambm acarreta em riscos de corroso das barras dos grampos.

Elementos passivos

Os grampos so elementos passivos, os quais exigem movimentaes para se

mobilizarem, quando se tornam ativos. Os deslocamentos devem ser considerados, pois podem causar danos a estruturas adjacentes. No entanto, esses deslocamentos so em geral pequenos e, na maioria dos casos, no inviabilizam a adoo dessa tcnica.

Taludes resultantes de escavaes junto a estruturas pr-existentes, sujeitas a danos por recalques, somente devem ser estabilizados pelo processo de grampeamento se houver uma anlise adequada e controle de recalques da estrutura desde o incio da

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escavao at mais ou menos os seis meses seguintes aps o trmino da obra. Tal recomendao decorrente das deformaes inevitveis que ocorrem durante a mobilizao da resistncia do solo e alongamento do grampo at atingir a sua carga de trabalho, que induzem recalques na superfcie de montante do talude escavado (SPRINGER, 2006).

Aps ponderar as vantagens e limitaes da tcnica de grampeamento, e realizar estudos geotcnicos de estabilidade, sendo o solo grampeado escolhido como mtodo de conteno, alguns itens importantes devem ser cumpridos para a avaliao e o bom desempenho da obra. Pitta et al. (2003) enumeram alguns desses itens, sendo eles: a observao da geologia e hidrogeologia previamente ao projeto; o detalhamento padronizado do mtodo executivo a ser seguido; a avaliao da qualidade da injeo, muito mais qualitativamente do que quantitativamente; a observao obrigatria das deformaes; e a realizao do dirio de acompanhamento dos trabalhos, os quais definem os passos de um projeto, que somente se encerra aps o trmino da execuo da conteno.

2.8 Mecanismo e comportamento

A massa de solo grampeado pode ser subdividida em duas: zona potencialmente instvel (ativa) e zona resistente (passiva). A zona ativa situa-se entre a face do talude e superfcie potencial de ruptura, j a zona passiva onde os grampos so fixados. Somente quando ocorre o deslocamento da zona ativa em relao zona passiva que os esforos nos grampos so mobilizados.

Pitta et al. (2003) discorrem que o trecho reforado com grampos pode ser entendido como um muro de gravidade, dependendo da densidade de grampos utilizada, limitado pelo comprimento do mesmo. A massa de solo, desta forma, melhorada pela introduo dos chumbadores e pelas injees. Esse muro de peso garante a estabilidade da zona no reforada, tratando-se, portanto, tambm de uma tcnica de reforo do solo.

Os grampos no apresentam trecho livre, transferindo tenses para o solo ao longo de todo seu comprimento. A estabilidade no solo grampeado garantida pelas foras de atrito desenvolvidas no contato solo-grampo. Atravs dos grampos ocorre a unio da zona potencialmente instvel (ativa) e da zona resistente (passiva), melhorando a estabilidade do conjunto.

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Plumelle et al. (1990) completam que a tenso nos grampos cresce, de forma aproximadamente linear, de zero na sua extremidade interna at um valor mximo, em um determinado ponto de sua extenso o qual coincide com a superfcie potencial de ruptura, e posteriormente decresce at a superfcie do talude, chegando com aproximadamente 25% do valor mximo. Em taludes suaves e com faceamento vegetal, por exemplo, no h tenso na superfcie do talude.

Mitchell e Villet (1987) comparam os mecanismos de estabilizao de uma cortina ancorada (a) e de um solo grampeado (b), possibilitando a diferenciao dos mtodos de conteno (Figura 2.9).

Figura 2.9 Mecanismos de estabilizao (a) cortina atirantada e (b) solo grampeado (MITCHELL e VILLET, 1987).

O atrito mobilizado ao longo dos grampos tem direes opostas nas zonas ativa e resistente, seguindo a tendncia de movimento relativo da interface (Figura 2.10). A fora mxima mobilizada ao longo do grampo (Tmx) ocorre na interseo do grampo com a superfcie potencial de ruptura, regio na qual as tenses cisalhantes na interface solo-grampo se alunam.

(a) (b)

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Figura 2.10 Fora mxima mobilizada no grampo (EHRLICH, 2003).

Mitchell e Villet (1987) tambm comparam a mobilizao de esforos e apresentam o comportamento dos reforos flexveis e rgidos (Figura 2.11). Os autores afirmam que os reforos flexveis atuam apenas com resistncia trao na estabilizao de taludes. J os reforos rgidos podem atuar trao, flexo e ao cisalhamento, como pode ocorrer em alguns casos de grampeamento.

Figura 2.11 Comportamento de reforos (a) flexveis e (b) rgidos (MITCHELL e VILLET, 1987).

A eficincia mxima dos grampos se d quando sua inclinao coincide com a direo principal maior de deformao da massa reforada (1). Nessa condio os

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grampos unicamente so submetidos trao, independente da rigidez flexo desses elementos (EHRLICH, 2003).

Essas tenses se desenvolvem como resultado das restries impostas pelos grampos e pela face s deformaes laterais. Para uma escavao com a execuo do solo grampeado de cima para baixo, as deformaes laterais esto associadas ao desconfinamento promovido pela retirada de material terroso de suporte como conseqncia do processo executivo. No caso da execuo de um reforo em uma estrutura j existente ou de um talude natural, as deformaes laterais esto associadas a movimentaes j em curso na estrutura ou no talude (FEIJ, 2007). Sob condies de fundo estvel, a tendncia de movimentao de uma escavao preponderantemente na horizontal, no divergindo expressivamente da inclinao dos grampos, os quais so instalados no talude com ngulo mdio de 15 com a horizontal. Sendo assim, a trao mobilizada nos grampos prepondera como mecanismo estabilizador.

Lima (2007) monitorou uma escavao em solo grampeado, atravs a instrumentao do macio e dos grampos e observou que o os deslocamentos do macio e os esforos nos grampos cresceram significativamente com o avano da escavao e que no tinham cessado at o final da obra. Os grampos trabalharam predominantemente trao, com momentos fletores pouco significativos. A distribuio dos esforos de trao foi influenciada pelas caractersticas geolgicas do macio. A trao mxima (Tmx) teve uma posio variando com a profundidade e a inclinao do talude, e uma magnitude aumentando com o avano da escavao. A trao na face (To) foi de 0,3 a 0,6 de Tmx.

Feij (2007) comenta que se o grampeamento ocorrer em um talude natural com inclinao suave, onde a direo da superfcie potencial de ruptura quase perpendicular direo dos grampos, alm dos esforos de trao, os esforos de cisalhamento

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