Muro em solo reforçado com geogrelhas e blocos … · IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 851 Muro em solo reforçado com geogrelhas

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Muro em solo reforçado com geogrelhas e blocos segmentais – umcaso de obra com altura de 13,50 metros

Brugger, P. J.Terrae Engenharia Ltda., Palmas, TO, Brasil, [email protected]

Silva, A. E. F.Huesker Ltda. São José dos Campos, SP, [email protected]

Rodrigues, V. J.Ativo Engenharia e Comércio Ltda., Salvador, BA, [email protected]

Saramago, R. P.Terrae Engenharia Ltda., Rio de Janeiro, RJ, [email protected]

Resumo: O trabalho apresenta um caso de obra de contenção realizado em Salvador, Bahia,utilizando-se a técnica de solo reforçado com geogrelhas e blocos segmentais. O Muro possuiaproximadamente 120 metros de extensão a altura variável com máximo de 13,50 metros. Sãoapresentados detalhes de projeto e aspectos construtivos da obra. Observa-se que para muroscom grandes alturas, as deformações durante a execução são importantes e os reforços devem serbastante rígidos para evitar deslocamentos visíveis da face ou abertura de frestas e surgimento detrincas na face. São discutidos alguns critérios e normas de projeto normalmente utilizados emobras deste tipo e a sua aplicabilidade para obras de grande altura, bem como algumas característicasespecíficas desta obra.

Abstract: This paper presents a case of a retaining wall built in Salvador, Bahia, using geogridsand segmental blocks as a soil reinforcement solution. The wall is about 120 m long with heightsvarying up to 13,5m. Project details and construction aspects are presented. It must be highlightedthat for very high walls, deformations during construction are always relevant and thereinforcement materials must be stiff enough to avoid visible displacements of the face, witchcould result in openings between blocks or even cracks on the face elements. Some designcriteria and norms for such projects are discussed, as well as their applicability for very highwalls, focusing on specific characteristics of this job.

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1 INTRODUÇÃO

O emprego da técnica de contenção de taludesem solo reforçado com geogrelhas e face em blo-cos segmentais vem crescendo no Brasil na últi-ma década em decorrência do surgimento de pro-dutos e processos que permitiram melhoria con-siderável na qualidade das obras e no tempo deexecução sem a necessidade de mão-de-obraespecializada e equipamentos sofisticados. Naliteratura já são encontradas muitas referênciasa obras realizadas com esta técnica (Azambujaet. al., 2000; Reccius, 1999; Mendonça et.al., 2000; Brugger et. al., 2001; Brugger eMontez, 2003 e Gomes et. al., 2004).A utilização de geogrelhas mais rígidas em subs-tituição aos geotêxteis tecidos e não tecidos, autilização de blocos segmentais na face dos mu-ros em substituição às técnicas de solo envelo-pado, e a utilização de aterros compactados comgrande energia, permitem a execução de obrasem solo reforçado com qualidade, acabamentoestético e baixa deformabilidade, similares a mu-ros de contenção em concreto armado, murosancorados e sistemas do tipo Terra Armada.

Este artigo aborda a aplicação da técnica desolo reforçado com geogrelhas de poliéster fle-xíveis e face em blocos segmentais em um murode grande altura onde, além da garantia da se-gurança em relação à ruptura, as característicasrelacionadas à estética e à utilização são impor-tantes. Adotou-se na fase de projeto e controleda obra os conceitos de “servicibilidade” daobra em relação às deformações previstas nasfases de compactação, final da obra e vida útil,conceito este ainda pouco difundido no meiotécnico nacional.

2 DESCRIÇÃO DA OBRA

A obra foi projetada para a execução do acessoa uma área onde seria executado um loteamento.O muro possui comprimento de aproximadamen-

te 120 metros e altura variando desde zero até13,50 metros. No topo do muro foi projetadauma estrada com largura de aproximadamente12 metros e sobrecarga equivalente de 15 kN/m2. O muro possui dois trechos retos e umacurva de 90 graus com raio de aproximadamen-te 30 metros.

O solo utilizado para o muro e para o aterrode toda a área foi o solo local, composto porsilte arenoso com aproximadamente 50% do pesopassando na peneira #200. Para o cálculo doempuxo no tardoz do muro foram consideradosos seguintes parâmetros de resistência: coesão(c) = 5 kPa, ângulo de atrito interno (ö) = 25o epeso específico natural (ã

nat) = 19 kN/m3. Para o

aterro reforçado o solo é praticamente o mes-mo, mas a compactação é maior e mais controla-da. Para este solo foram considerados c = 5 kPa,ö = 30o e ã

nat = 19 kN/m3. Não foi observada pre-

sença de água nas sondagens, mas para efeitosde dimensionamento nível d´água foi conside-rado na metade da altura total do muro paratodas as alturas.

3 DIMENSIONAMENTO

O dimensionamento é feito em três etapas:1. Verificação do equilíbrio externo.2. Dimensionamento dos reforços na rup-

tura3. Previsão de deformações da obra nas

condições de trabalho.A terceira etapa utiliza conceitos de

“servicibilidade”, e é baseada na norma inglesaBS 8006. No Brasil estes conceitos ainda sãopouco difundidos, mas para obras com gran-des alturas são imprescindíveis, uma vez queas deformações podem prejudicar o aspectoestético e funcional das obras, independenteda segurança ao colapso.

Todas as etapas do dimensionamento foramrealizadas com o auxílio do Programa ForTerrae(Brugger et. al., 2005)


3.1 Dimensionamento Externo

O dimensionamento externo consiste basica-mente em determinar o comprimento dos refor-ços para que a estrutura de solo reforçado comoum todo resista ao empuxo da massa de solo noseu tardoz sem tombar, deslizar e com tensõesverticais na base inferiores às tensõesadmissíveis que o solo de fundação suporta. OPrograma ForTerrae analisa diretamente o dia-grama de esforços para diferentes ângulos doplano de ruptura que parte do pé interno domuro. Para a altura crítica de 13,50 metros o com-primento mínimo dos reforços deve ser de9,0 metros. O empuxo total é de 592,65 kN/m,Fator de segurança ao tombamento igual a 4,47,ao deslizamento igual a 1,83 e tensões verticaismáximas no bordo externo do muro iguais a365,00 kN/m2. O comprimento de reforços de 9,0metros adotado corresponde a 67 % da alturatotal do muro (B=0,67H), valor ligeiramente in-ferior ao recomendado para estruturas de soloreforçado, que é de 70 % (BS, 8006).

3.2 Dimensionamento Interno

O dimensionamento interno consiste no cálcu-lo da quantidade, tipo e espaçamento dos re-forços de modo a garantir o confinamento damassa de solo reforçado. O método de cálculoutilizado é o de Ehrlich e Mitchel (1994), queleva em conta, além das tensões e dosparâmetros de resistência do solo e do reforço,a rigidez relativa entre os materiais e os esfor-ços induzidos pela compactação. De modo ge-ral para muros de grande altura o que se procu-ra é induzir, durante a compactação das cama-das, esforços verticais de modo a provocar um“pré-carregamento” no solo e no reforço. Des-te modo as deformações decorrentes da cons-trução das demais camadas serão menores.

O sistema assim dimensionado e adotadoneste projeto foi o Muro Terrae, concebido para

utilizar exclusivamente Geogrelhas Fortrac depoliéster ou PVA. Para esta obra foram utiliza-das geogrelhas de poliéster, com fatores de re-dução certificados em ensaios realizados porórgãos certificadores independentes (BBA 01/R125, 2001). Para os solos utilizados e vida útilde 60 anos os fatores de redução certificadossão:

• Fluência: FRfl = 1,56

• Instalação: FRdi = 1,05

• Degradação: FRam

= 1,03• Extrapolação: FR

ex = 1,05

• FRglobal

= 1,771Na tabela 1 são apresentados os resultados

do dimensionamento interno para a obra. Oespaçamento foi mantido constante e igual a0,60 m, modulado para três blocos. Na tabela acoluna “altura” indica a cota do reforço em rela-ção à base do muro, sendo o primeiro reforçoda tabela o reforço inferior do muro. Para cadacamada é apresentada na segunda coluna ageogrelha adotada, na terceira coluna a tensãomáxima na geogrelha no final da construção ena quarta coluna o fator de segurança à rupturaindividual de cada reforço. Este fator de segu-rança é calculado em relação à resistência útilda geogrelha, já minorada pelos respectivosfatores de redução. As colunas 5 e 6 apresen-tam as tensões verticais induzidas pelacompactação e no final da construção respecti-vamente, e a coluna 10 apresenta o coeficientede empuxo para cálculo da tensão no reforçocalculado pelo método de Ehrlich eMitchel (1994).

Observa-se que todos os reforços possu-em fator de segurança a ruptura superior a 1,0 eque o fator de segurança médio é de aproxima-damente 1,5. Cabe observar que as tensões ver-ticais induzidas na compactação são maioresque as tensões finais para os reforçosposicionados na altura de 7,60 metros até o topo,sendo a energia de compactação o fator críticono dimensionamento destes reforços.


3.3 Análise de Deformações

Qualquer obra de engenharia deve atender acritérios de funcionalidade e estética, além dagarantia de uma segurança adequada ao colap-so. Em muitas áreas da engenharia civil esteconceito já é bem desenvolvido, como no con-creto armado e nas estruturas metálicas, ondesão verificadas as deformações e aberturas detrincas após o dimensionamento no estado li-mite último. Na geotecnia, e particularmente nodimensionamento de muros de contenção, oconceito definido como “servicibilidade” (doinglês serviceability) tem sido pouco utilizado,levando muitas vezes a execução de obras queatendem apenas parcialmente os requisitos doprojeto. No Brasil ainda é comum a execução demuros de solo reforçado com a técnica de soloenvelopado, utilizando-se como reforçogeotêxteis não tecidos e tecidos depolipropileno. Estes materiais são sabidamentepouco rígidos e sujeitos a fenômenos de fluên-cia importantes. Quando utilizados em murosaltos ou com estruturas rígidas no topo apre-sentam grandes deformações e aberturas de trin-cas nas estruturas.

Para garantir a estática e a funcionalidadede muros com face em blocos segmentais é ne-cessária a utilização de geogrelhas de alta re-sistência, alto módulo e baixa fluência. Em geralas análises são realizadas em termos de defor-mações específicas ou alongamentos máximosnas fases de compactação, final de construçãoe longo prazo. Para tanto é necessário que seconheçam as curvas tensão-deformação dasgeogrelhas para curto e longo prazo. A figura 1apresenta as curvas tensão-deformaçãonormalizadas pela resistência última parageogrelhas Fortrac de poliéster para diferentestempos.

Figura 1 – Curvas tensão-deformação de geogrelhasFortrac de poliéster.

Na tabela 1 as colunas 7, 8 e 9 apresentamos alongamentos específicos máximos em to-das as camadas de reforços para o muro obti-dos a partir das curvas tensão-deformação dasgeogrelhas. De modo geral são recomendadosos seguintes critérios:

• A energia de compactação deve ser gran-de, de modo a mobilizar a maior parceladas tensões (e das deformações) duran-te a compactação.

• O acréscimo no alongamento específicomáximo entre o final da compactação e ofinal da construção deve ser menor doque 5%.

• O acréscimo no alongamento específicomáximo entre o final da construção e alongo prazo deve ser menor do que 1%(a norma inglesa BS 8006 recomenda 1%para muros em geral e 0,5% para murosportantes de pontes e viadutos).


Tabela 1 – Resultados do dimensionamento interno

Altura: Cota em ralação à base do muro - Geogrelha: Especificação da geogrelhaT: Tensão final do reforçoFS: Fator de Segurança à ruptura do reforçoó

c: Tensão vertical equivalente induzida pela compactação

óf: Tensão vertical final após a construção

åc: Alongamento específico máximo após compactação

åf: Alongamento específico máximo no final da construção

å∞: Alongamento específico máximo a longo prazoK

r: Coeficiente de empuxo para calculo da tensão no reforço

Na tabela observa-se que o maior alonga-mento entre o término da compactação e o fi-nal da construção é na geogrelha da altura1,6 m e é igual a 3,34 %, enquanto que o maioralongamento entre o final da construção e emlongo prazo é na geogrelha da altura 10,6 m e éigual a 0,96 %. Todos os valores encontram-se dentro dos limites recomendados. Caso fos-

se desejável a construção de um muro comdeformações ainda menores, para uma situa-ção de um muro portante, por exemplo, o pro-jetista poderia trabalhar com geogrelhas depoliéster, mas com níveis de tensão mobiliza-da mais baixos, utilizando reforços mais resis-tentes do que os calculados para a ruptura.Outra opção seria a utilização de geogrelhas


de PVA, que apresentam módulos de rigidezmaiores do que as geogrelhas de poliéster. Paraníveis de tensão de tipicamente 40 % da resis-tência última, geogrelhas de poliéster alongamaproximadamente 6 %, enquanto geogrelhasde PVA alongariam algo entre 2 e 3 %.

Admitindo-se uma distribuição de tensõestriangular ao longo dos reforços, o desloca-mento horizontal máximo da face entre o finalda compactação e o final da execução ocorre-ria na altura de 1,6 m, e seria de 15,0 cm , mais3,3 cm para 60 anos, totalizando 18,8 cm. Essedeslocamento é de 1,4 % em relação à alturado muro. Conclui-se que muros reforçadoscom geogrelhas de poliéster são bastante rígi-dos e atendem às especificações de normasinternacionais no que se refere a“servicibilidade”.

4 SEÇÃO TRANSVERSAL

A partir dos resultados apresentados na tabe-la 1 é detalhada na figura 2 a seção transversaldo muro com a distribuição dos reforços, ca-madas drenantes na base, no tardoz dos refor-ços e junto à face em blocos segmentais.

Devido à grande altura do muro e à sobre-carga existente nos blocos segmentais, foramfabricados blocos com resistências à compres-são de 18 MPa para a parte inferior, 12 MPapara a parte central e 6 MPa para a parte supe-rior do muro.

Observa-se nesta seção ainda que os re-forços são colocados de modo a ter uma duplacamada na região da face com 1,0 metro decomprimento. Este detalhe construtivo é pa-drão em Muros Terrae com alturas superioresa 5,0 metros e visa garantir que a resistênciana conexão entre o reforço e a face não sejamenor do que a do reforço propriamente dita.Ensaios de conexão com blocos Terrae egeogrelhas Fortrac de poliéster realizados emequipamentos desenvolvidos especialmente

para este fim demonstram que a resistência naconexão deste sistema com camada simples dereforço é, em função da sobrecarga na cone-xão, no máximo 80 % da resistência dageogrelha ensaiada, enquanto que com duplacamada a resistência da conexão nunca é infe-rior a 120 % da resistência da geogrelha, o quegarante que a conexão não é um ponto de me-nor resistência no sistema construtivo comcamada dupla na conexão. Não é do conheci-mento dos autores deste trabalho a existênciade outros sistemas construtivos de solo refor-çado com face em blocos segmentais que te-nham esta garantia no Brasil.

Nas figuras 3 e 4 são apresentadas foto-grafias da obra após a conclusão. Pode-seobservar o perfeito alinhamento dos blocos ea ausência de deformações visíveis na estru-tura.

Figura 2 – Seção transversal do muro com distribuiçãodos reforços.


Figuras 3 e 4 – Detalhe da face do muro após o término

da execução.

5 CONCLUSÕES

O trabalho apresenta a aplicação da técnica desolo reforçado com geogrelhas de poliéster fle-xíveis e face em blocos segmentais de concre-to em um muro com comprimento de 120 metrose altura máxima de 13,50 metros onde, além dagarantia da segurança em relação à ruptura, ascaracterísticas relacionadas à estética e à utili-zação são importantes. Adotou-se na fase deprojeto e controle da obra os conceitos de“servicibilidade” da obra em relação às defor-mações previstas nas fases de compactação,final da obra e vida útil, conceito este aindapouco difundido no meio técnico nacional.

São apresentados os procedimentosadotados para o dimensionamento externo, o

dimensionamento interno e a previsão de de-formações durantes as fases de execução e lon-go prazo do muro. Para que estas análises se-jam possíveis é necessário que os materiaisutilizados como reforço, face e solo sejam pre-viamente especificados, bem como a energiade compactação a ser utilizada na execução domuro. Nesta obra foi utilizado o Sistema Terrae,com geogrelhas de poliéster Fortrac, soloareno-siltoso e compactador pesado tipo rolopé-de-carneiro.

Os resultados das análises e da obra em sidemonstram que a utilização de geogrelhas dealta resistência, alto módulo e baixa fluência,aliadas a uma compactação enérgica resultamem muros muito pouco deformáveis, que aten-dem aos requisitos de aspecto estético e fun-cionalidade, além da segurança ao colapso. Éapresentada ainda uma seção transversal domuro com detalhes de drenagem e conexão dosreforços com a face em blocos segmentais,além de detalhes de drenagem na base, tardoze na face do muro.

Sobre o conceito de servicibilidade apre-sentado neste trabalho, a que se destacar arelevância de sua consideração em projetosde estruturas de contenção (bem como de ou-tras estruturas geotécnicas), em particular paramuros de grande altura. O dimensionamentoefetuado levando-se em conta critérios deservicibilidade garante que a obra atenda osníveis de estética e de comportamento de lon-go prazo, evitando inclusive necessidade demanutenções futuras. Neste sentido, asgeogrelhas de PVA, mais rígidas que as depoliéster, apresentam-se como uma excelentealternativa de materiais de reforço de estrutu-ras de contenção em solo reforçado. Os Mu-ros Terrae prevêem a utilização das geogrelhasFortrac de PVA especialmente em muros altose em obras de contenção de grande responsa-bilidade.


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