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SOLO REFORCADO TALUDES E ESTRUTURAS DE ... - Impercia

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MANUAL TÉCNICO<br />

Bidim geossintéticos<br />

Solo Reforçado:<br />

Taludes E<br />

Estruturas<br />

de contenção


MANUAL TÉCNICO GEOTÊXTIL BIDIM<br />

<strong>SOLO</strong> REFORÇADO<br />

<strong>TALU<strong>DE</strong>S</strong> ESTRUTURAIS <strong>DE</strong><br />

CONTENÇÃO<br />

Autor:<br />

Enio Marques Palmeira<br />

Engº Civil, MSc, DPhil<br />

Universidade de Brasília


APRESENTAÇÃO<br />

Este trabalho é resultado do convênio de cooperação científica e tecnológica na área de<br />

geotêxteis entre a Bidim e a Universidade de Brasília e visa apresentar subsídios para o prédimensionamento<br />

de estruturas de conteção e taludes em solo reforçado utilizando geotêxteis.<br />

Devido a ser recente na área de Geotecnica, a técnica de reforço de solos com geossintéticos<br />

vem constantemente sendo enriquecida através da divulgação de novos métodos ou teorias. A<br />

finalidade deste trabalho é apresentar metodologias estabelecidas e que permitam um rápido<br />

acesso ao pré-dimensionamento de estruturas em solo reforçado com geotêxteis. Foram<br />

escolhidos métodos mais simples, em detrimento de soluções mais sofisticadas, para ser fiel ao<br />

caráter ilustrativo deste manual. Fontes para obtenção de soluções mais complexas são<br />

apresentadas nas referências bibliográficas.<br />

Foram evitadas soluções em forma de gráficos ou tabelas que, embora mais práticas, em geral<br />

apresentam limitações na sua utilização. Ao invés, preferiu-se apresentar o desenvolvimento<br />

teórico passo a passo, de modo a que o leitor iniciante compreenda os princípios fundamentais<br />

desta técnica. Exemplos de pré-dimensionamento são apresentados ao final desta publicação<br />

visando ilustrar a aplicação dos conceitos teóricos.<br />

Devido ao avanço contínuo da técnica de reforço de solos por inclusões, este manual será<br />

atualizado periodicamente de modo a fazer face ao processo acelerado de novas descobertas<br />

nesta revolucionária técnica de engenharia geotécnica.


Este fascículo faz parte do manual técnico GEOTÊXTIL BIDIM.<br />

TODOS OS DIREITOS RESERVADOS – proibida a reprodução total ou parcial, sob qualquer<br />

forma ou meio, sem prévia autorização por escrito da empresa.<br />

O manual técnico GEOTÊXTIL BIDIM foi elaborado com a participação dos Engenheiros da<br />

Bidim.<br />

1ª Edição: 1992<br />

O GEOTÊXTIL, por se tratar de um material de construção com características<br />

e funções técnicas específicas, deve ter sua indicação/utilização orientada<br />

através da elaboração de projetos, que levem em consideração as<br />

peculiaridades de cada obra, elaborados por profissionais habilitados.<br />

1997<br />

2ª Edição revisada


O AUTOR<br />

O Prof. Ennio Marques Palmeira nasceu no Rio de Janeiro em 1953 e se graduou em<br />

Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), em 1977. Posteriormente<br />

obteve o título de Mestre em Ciências pela Coordenação dos Programas de Pós-Graduação em<br />

Engenharia (Coppe/URFJ) em 1981, após defesa de tese versando sobre a utilização de<br />

geotêxteis como reforço de aterros sobre solos moles. Seu doutoramento foi obtido na<br />

Universidade de Oxford (Inglaterra) em 1987, após defesa de tese também versando sobre<br />

reforço de solos. O mesmo também exerceu atividades de engenheiro em firmas de consultoria,<br />

tais como Trafecon e Geotécnica S.A.<br />

O Prof. Ennio tem cerca de 40 trabalhos publicados em periódicos e anais de eventos nacionais<br />

e internacionais, sendo a maioria deles sobre a técnica de reforço de solos por inclusões de<br />

geossintéticos. Atualmente ocupa o cargo de professor na Universidade de Brasília desde 1987,<br />

onde exerce atividades de ensino e pesquisa na área de geossintéticos dentre as quais<br />

destaca-se a coordenação do convênio que permitiu a elaboração deste manual.


ÍNDICE<br />

Solo Reforçado – Taludes e Estruturas de Contenção<br />

1. Introdução ........................................................................................................................ 08<br />

2. Estruturas de Contenção Reforçadas com Geotêxteis ....................................................<br />

2.1 Introdução .................................................................................................................<br />

2.2 Estabelecimento de Parâmetros Relevantes para os Materiais Envolvidos..............<br />

2.3 Verificação da Estabilidade Externa da Estrutura......................................................<br />

2.3.1 Verificação do Deslizamento ao Longo da Base .............................................<br />

2.3.2 Verificação do Tombamento ............................................................................<br />

2.3.3 Verificação da Capacidade de Carga do Solo de Fundação ...........................<br />

2.3.4 Verificação da Estabilidade Global ..................................................................<br />

2.4 Verificação da Estabilidade Interna da Massa Reforçada com Geotêxtil ..................<br />

2.4.1 Introdução ........................................................................................................<br />

2.4.2 Cálculo das Pressões Horizontais e Esforços nos Reforços ...........................<br />

2.4.3 Verificação do Comprimento de Ancoragem dos Reforços ............................<br />

2.5 Considerações Complementares ..............................................................................<br />

3. Taludes Reforçados com Geotêxteis ...............................................................................<br />

3.1 Introdução .................................................................................................................<br />

3.2 Dimensionamento de Taludes Íngremes Reforçados com Geotêxteis .....................<br />

3.2.1 Cálculo do Empuxo e das Pressões Horizontais sobre o Maciço de Solo<br />

Reforçado .......................................................................................................<br />

3.2.2 Verificação da Estabilidade Interna do Maciço Reforçado ..............................<br />

3.2.2.1 Cálculo dos Esforços Atuantes nos Reforços ......................................<br />

3.2.2.2 Cálculo do Comprimento de Ancoragem .............................................<br />

3.2.3 Verificação da Estabilidade Externa ................................................................<br />

3.2.3.1 Verificação da Possibilidade de Tombamento .....................................<br />

3.2.3.2 Verificação da Possibilidade de Deslizamento ....................................<br />

3.2.3.3 Diagrama de Pressões na Base do Maciço Reforçado .......................<br />

3.2.3.4 Verificação da Capacidade de Carga do Solo de Fundação ...............<br />

3.2.3.5 Verificação da Estabilidade Global ......................................................<br />

3.3 Reforço de Taludes Suaves sobre Fundação Resistente .........................................<br />

3.3.1 Introdução ........................................................................................................<br />

3.3.2 Abordagem Teórica .........................................................................................<br />

3.4 Considerações Complementares ..............................................................................<br />

09<br />

09<br />

12<br />

14<br />

14<br />

16<br />

16<br />

20<br />

23<br />

23<br />

23<br />

32<br />

35<br />

35<br />

35<br />

36<br />

38<br />

40<br />

40<br />

42<br />

44<br />

44<br />

45<br />

46<br />

48<br />

48<br />

49<br />

49<br />

49<br />

56


4. Instalação do Geotêxtil Bidim e Aspectos Construtivos ................................................... 56<br />

5. Exemplos de Pré-Dimensionamentos de Estrutura de Contenção e Talude Íngreme<br />

Reforçado com Geotêxtil Bidim .......................................................................................<br />

5.1 Exemplo de Pré-Dimensionamento de Estrutura de Contenção Reforçada com<br />

Geotêxtil Bidim ..........................................................................................................<br />

5.1.1 Cálculos Preliminares ......................................................................................<br />

5.1.2 Cálculo da Largura da Base da Estrutura (B) ..................................................<br />

5.1.3 Verificação da Capacidade de Carga do Solo de Fundação ...........................<br />

5.1.4 Verificação da Estabilidade Interna .................................................................<br />

5.1.5 Verificação de Outras Possibilidades de Ruptura Interna ...............................<br />

5.1.6 Avaliação do Esforço de Tração em cada Camada de Geotêxtil ....................<br />

5.1.7 Verificação do Comprimento de Ancoragem ...................................................<br />

5.1.8 Verificação da Estabilidade Global ..................................................................<br />

5.1.9 Detalhes Construtivos ......................................................................................<br />

5.2 Pré-Dimensionamento de um Talude Íngreme Reforçado com Geotêxtil Bidim .......<br />

5.2.1 Cálculos Preliminares ......................................................................................<br />

5.2.2 Cálculos dos Esforços nos Reforços ...............................................................<br />

5.2.3 Verificação de Outras Possibilidades de Ruptura Interna ...............................<br />

5.2.4 Verificação do Comprimento de Ancoragem ...................................................<br />

5.2.5 Verificação do Tombamento ............................................................................<br />

5.2.6 Verificação do Deslizamento ...........................................................................<br />

5.2.7 Diagrama de Pressões na Base ......................................................................<br />

5.2.8 Verificação da Capacidade de Carga do Solo de Fundação ...........................<br />

5.2.9 Verificação da Estabilidade Global ..................................................................<br />

5.2.10 Detalhes Construtivos ....................................................................................<br />

6. Lista de Símbolos ............................................................................................................. 94<br />

7. Propriedades Mecânicas do Geotêxtil Bidim ................................................................... 97<br />

8. Conversão de Unidades ................................................................................................... 97<br />

9. Referências Bibliográficas ................................................................................................ 99<br />

63<br />

63<br />

64<br />

64<br />

65<br />

67<br />

70<br />

71<br />

74<br />

76<br />

77<br />

78<br />

78<br />

81<br />

85<br />

86<br />

87<br />

88<br />

89<br />

91<br />

92<br />

92


OBRAS EM <strong>SOLO</strong> REFORÇADO COM A UTILIZAÇÃO <strong>DE</strong> GEOTÊXTIL BIDIM.<br />

<strong>TALU<strong>DE</strong>S</strong> E <strong>ESTRUTURAS</strong> <strong>DE</strong> CONTENÇÃO<br />

1. INTRODUÇÃO<br />

A utilização de inclusões de geossintéticos em uma massa de solo visa o aumento da<br />

resistência e a diminuição da compressibilidade do material composto assim formado. Dentre as<br />

diversas áreas de aplicação desta técnica em Geotecnia se destacam a de Estrutura de<br />

Contenção e a de Aterros Íngremes. Isto se justifica em vista da facilidade de aplicação, rapidez<br />

de construção e redução significativa de custos que tal técnica traz em comparação com<br />

soluções convencionais.<br />

Vários são os métodos de projeto de estruturas de contenção e de aterros reforçados. No<br />

presente trabalho procurou-se a escolha de metodologias simples e que permitam uma rápida<br />

utilização em detrimento de soluções mais sofisticadas e, por isso, mais complexas na sua<br />

compreensão e uso. Procurou-se, também, apresentar a metodologia de projeto de estrutura<br />

em solo reforçado nas suas configurações mais usuais. Tais configurações são apresentadas<br />

na figura 1.1. Entretanto, as informações contidas neste manual também fornecem subsídios<br />

para a elaboração de projetos em situações mais complexas.


2. <strong>ESTRUTURAS</strong> <strong>DE</strong> CONTENÇÃO REFORÇADAS COM GEOTÊXTEIS<br />

2.1 INTRODUÇÃO<br />

Entende-se por uma estrutura de contenção em solo reforçado com geotêxtil um aterro<br />

reforçado com paramento vertical ou praticamente vertical que, em geral, [e revestido por um<br />

material resistente, visando a proteção contra intempéries e/ou vandalismo. Para a garantia de<br />

estabilidade de tal estrutura deve-se atender às seguintes etapas:<br />

(a) Análise de estabilidade externa:<br />

• Verificação do deslizamento ao longo da base da massa reforçada;<br />

• Verificação ao tombamento;<br />

• Verificação da capacidade de carga do solo subjacente à massa de solo reforçado;<br />

• Verificação da estabilidade global.<br />

(b) Análise de estabilidade interna da massa reforçada:<br />

• Análise da resistência à tração dos reforços;<br />

• Análise da resistência por ancoragem dos reforços.<br />

A maioria dos itens acima são comuns ao dimensionamento de estruturas de arrimo<br />

convencionais. A figura 2.1 apresenta os mecanismos de ruptura passíveis de ocorrer em uma<br />

estrutura em solo reforçado.<br />

O procedimento para projeto de estruturas em solo reforçado é, basicamente, o seguinte:<br />

1- Inicialmente coletam-se informações e resultados de ensaios de laboratório ou campo sobre<br />

os materiais solos) envolvidos;<br />

2- Através da análise da estabilidade externa se estabelece a largura (B) da massa de solo<br />

reforçado (fig. 2.1);<br />

3- Definida a largura da estrutura, analisa-se a possibilidade de ruptura interna. Escolhe-se o<br />

tipo de reforço e se estabelece a sua distribuição ao longo da altura da estrutura;<br />

4- Definida a parte conceitual do projeto, parte-se para o detalhamento de aspectos<br />

construtivos.


Este procedimento encontra-se apresentado na figura 2.2.<br />

Coleta de<br />

informações sobre<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

INÍCIO<br />

Análise da estabilidade externa<br />

Deslizamento<br />

Tombamento<br />

Capacidade de carga<br />

Estabilidade Global<br />

Alteração de Dimensões<br />

Análise da estabilidade interna<br />

Estabelecimento de<br />

parâmetros dos solos<br />

Definição dos requisitos de projeto para o reforço<br />

Cálculo e estabelecimento do espaçamento entre camadas de<br />

reforço<br />

Avaliação dos esforços finais previstos para cada reforço<br />

Verificação das condições de ancoragem de cada reforço<br />

Verificação da possibilidade de ruptura interna em outras<br />

superfícies<br />

Alterações<br />

Detalhamento para Construção<br />

FIM


2.2 ESTABELECIMENTO DOS PARÂMETROS RELEVANTES PARA OS MATERIAIS ENVOLVIDOS<br />

Na figura 2.3, são apresentados os solos passíveis de estarem envolvidos na análise do<br />

problema e respectivos parâmetros relevantes.<br />

Para o projeto do maciço em solo reforçado precisa-se de parâmetros de resistência da massa<br />

de solo que constituirá tal maciço. Tais parâmetros deverão ser obtidos via ensaios de<br />

laboratório e devem ser compatíveis com as condições da obra. Como as estruturas de<br />

contenção geralmente estão sob condições de deformação plana, os parâmetros de resistência<br />

devem ser obtidos sob tais condições. Sob este aspecto, para materiais drenantes, o ensaio de<br />

cisalhamento direto é usualmente empregado.<br />

Sobre o valor do ângulo de atrito de pico do colo deve-se aplicar um fator de segurança para a<br />

obtenção do valor do ângulo de atrito de dimensionamento. Assim:<br />

Onde:<br />

φ’d = arctan tan φ’p )<br />

FSφ<br />

φ’d = ângulo de atrito para dimensionamento;<br />

φ’p = ângulo de atrito de pico;<br />

FSφ = fator de segurança (≥ 1,1, em geral).<br />

A Tabela 2.1 apresenta valores típicos de ângulos de atrito de solos para efeito de estimativa<br />

em trabalhos de pré-dimensionamento. Deve-se observar que o ângulo de atrito de um solo é<br />

função de fatores tais como forma dos grãos, nível de tensões , etc., e que os valores da Tabela<br />

2.1 são apenas indicativos. Nenhuma tabela deste tipo substitui resultados de ensaios de<br />

resistência ao cisalhamento.<br />

[2.1]


Tipos de Solo φ’p (graus)<br />

Pedregulhos<br />

Médio 40-55<br />

C/areia 35-50<br />

Areia<br />

Fofa 30-35<br />

Densa 35-50<br />

Silte<br />

Fofo 25-30<br />

Denso 27-35<br />

Obs.: Solos com pouca ou nenhuma quantidade de finos e sem a presença de mica.<br />

Tabela 2.1 – Valores Típicos de Ângulos de Atrito de Solos Granulares.<br />

Deve-se, também, aplicar um fator de segurança à coesão, caso presente, embora as<br />

experiências com a utilização de materiais predominantemente coesivos, por enquanto, tenham<br />

se restringido às pesquisas.<br />

É comum se adotar um valor de ângulo de atrito para projeto igual ou próximo ao ângulo de<br />

atrito a volume constante do solo. Isto visa levar em conta o processo de ruptura progressiva no<br />

caso de baixos valores de módulo de deformação do elemento de reforço (Milligan & Palmeira –<br />

1987, Palmeira – 1987 e Palmeira e Milligan – 1990). Tal procedimento ainda está sujeito a<br />

especulações devido a complexidade do problema e de fatos tais como o aumento do módulo<br />

de deformação de geotêxteis não-tecidos no campo, devido ao confinamento, em relação ao<br />

módulo obtido em isolamento em laboratório (McGown at al, 1982). Entretanto, no atual estágio<br />

de conhecimento, recomenda-se:<br />

φ’d = arctan tan φ’p )<br />

FSφ<br />

≅ φ’cv<br />

onde φ’cv é o ângulo de atrito a volume constante do colo. Para areias limpas à base de<br />

quartzo, este valor é da ordem de 33º (Bolton, 1986).<br />

Sobre resistência à tração do elemento de reforço, deve-se também aplicar um fator de<br />

segurança para a obtenção da Resistência à Tração de Dimensionamento. Assim:<br />

[2.3]<br />

Td =<br />

onde:<br />

Tmax<br />

FSr<br />

Tmax = resistência à tração máxima do reforço (geotêxtil) em condições de serviço (garantida<br />

a vida útil da obra). Tabela 7;<br />

[2.2]


FSr = fator de segurança para a resistência à tração do reforço.<br />

O estabelecimento do valor de FSr depende de fatores tais como: tipo de obra, vida útil da obra,<br />

vida útil do reforço, seriedade de consequências na hipótese de ruptura da obra, grau de<br />

conhecimento das características e propriedades do material de reforço (geotêxtil) e experiência<br />

do projetista com o tipo de obra e materiais envolvidos.<br />

Há recomendações de que o fator de segurança na expressão 2.3 seja o valor resultante do<br />

produto de vários fatores de segurança parciais levando em conta a resistência à tração,<br />

condições de instalação do reforço no campo, etc. O estabelecimento do fator de segurança<br />

global é função das características do reforço (geotêxtil) e da obra em questão. Para elementos<br />

de reforço (geotêxteis) não suscetíveis à fluência, como os de poliéster, e com garantia de vida<br />

útil igual ou superior a da obra, o valor de FSr é, em geral, igual ou superior a 2. Para reforços<br />

confeccionados de matéria prima suscetível à fluência requer-se um conhecimento mais<br />

detalhado de suas propriedades e, neste caso, o valor de FSr pode atingir valores superiores<br />

a 5.<br />

2.3 VERIFICAÇÃO DA ESTABILIDA<strong>DE</strong> EXTERNA DA ESTRUTURA<br />

2.3.1 Verificação do Deslizamento ao Longo da Base<br />

Tal verificação consiste em se calcular o fator de segurança contra o deslizamento na base da<br />

estrutura (figura 2.4). Tal cálculo é efetuado de modo análogo ao empregado em estruturas de<br />

arrimo convencionais. O fator de segurança seria dado pela razão entre as forças que resistem<br />

ao deslizamento e as forças que auxiliam o deslizamento. Assim:<br />

[2.4]<br />

FSd = 2.tan δb. (γ1.H + q) ≥ 2<br />

ka2.(γ2.H + 2q) . (H/B)<br />

onde:<br />

δb = ângulo de atrito entre a base da estrutura de contenção e o solo de fundação;<br />

H = altura da estrutura de contenção;<br />

B = largura da estrutura de contenção;<br />

ka2 = coeficiente de empuxo ativo no material 2;<br />

ka2 = tan 2 45º -<br />

φ’2d<br />

2<br />

q = sobrecarga uniformemente distribuída na superfície do terrapleno.


Em geral a base da estrutura á assente sobre uma camada de geotêxtil e o valor do ângulo de<br />

atrito entre este e o solo de fundação pode ser obtido através de ensaios de interface de<br />

laboratório. No caso de pré-dimensionamentos com material de aterro predominantemente<br />

arenoso (poucos finos) pode-se ter 0,7 . φ’ ≤ δb ≤ φ’<br />

Da expressão 2.4 pode-se obter a largura mínima da estrutura para evitar o deslizamento (Bd)<br />

por:<br />

[2.5]<br />

Bd = ka2 . (y2 . H + 2q) . FSd . H<br />

2 . tan δb . (γ1 . H + q)<br />

Caso o solo de fundação seja argiloso, deve-se verificar a possibilidade de deslizamento da<br />

estrutura sob condições não-drenadas. Neste caso a expressão para o valor de Bd seria:<br />

[2.6]<br />

Bd = ka2 . (y2 . H + 2q) . FSd . .H<br />

2 . au<br />

com au = λ . Cu e (0 < λ ≤ 1)<br />

onde au é a adesão entre a base da estrutura e o solo de fundação e Cu é a resistência nãodrenada<br />

do solo de fundação.<br />

Caso existam carregamentos localizados na superfície do terreno, as contribuições destes<br />

carregamentos devem ser levadas em conta nas expressões 2.4 a 2.6.<br />

Note-se que não está sendo considerada a possível contribuição de resistência passiva caso a<br />

base do aterro reforçado esteja enterrada.


2.3.2 Verificação do Tombamento<br />

Analogamente ao caso de estruturas de arrimo convencionais a análise de tombamento<br />

consiste em se verificar a possibilidade da estrutura girar ao redor do seu pé, como apresentado<br />

na figura 2.5. Assim, o fator de segurança contra o tombamento é definido como a razão entre a<br />

soma dos momentos, em relação ao pé da estrutura, das forças que resistem e das forças que<br />

auxiliam o tombamento. Assim:<br />

[2.7]<br />

FSt = 3 . (γ1.H + q) ≥ 2<br />

ka2 . (γ2 . H + 3q) . (H/B) 2<br />

Através da expressão 2.7 pode-se obter o valor da largura mínima da estrutura para se evitar o<br />

tombamento (Bt) por:<br />

[2.8]<br />

Bt = √ FSt . ka2 . (γ2.H + 3q) .H<br />

3 . (γ1 . H + q)<br />

Para o valor de B da estrutura é escolhido o maior valor entre B e B dados pelas expressões<br />

2.5 (ou 2.6) e 2.8, respectivamente.<br />

2.3.3 Verificação da Capacidade de Carga do Solo de Fundação<br />

A presença do empuxo ativo atuando sobre o maciço de solo reforçado (fig. 2.6) provoca uma<br />

distribuição de pressões verticais na base com forma trapezoidal. Tomando-se como<br />

refer6encia a figura 2.6, podem ser obtidas as seguintes expressões para as solicitações na<br />

base da estrutura:


σvmax<br />

σvmin<br />

} = (γ 1.H + q) +/- ka2 . (γ2.H + 3q) . (H/B) 2<br />

e = ka2 . H ≤ B/6 [2.10]<br />

2 . (γ2 . H + 3q)<br />

6B . (γ1 . H + q)<br />

onde:<br />

σvmax e σvmin = pressões verticais máxima e mínima na base da estrutura;<br />

e = Excentricidade da resultante das forças na base.<br />

[2.9]<br />

Deve-se garantir que σvmin ≥ 0 (e ≤ B/6) para se evitar regimes de tração na base da estrutura.<br />

As pressões verticais obtidas devem ser comparadas à capacidade de carga do solo de<br />

fundação, utilizando-se teoria de capacidade de carga que leve em conta as solicitações<br />

impostas à base da estrutura. Seguindo-se a sugestão de Meyerhoff (1953), pode-se considerar<br />

a base da estrutura como uma sapata com largura equivalente dada por:<br />

B’ = B – 2e [2.11]<br />

Adotando-se a sugestão de Meyerhoff (1953) pode-se demonstrar que a pressão<br />

uniformemente distribuída sobre esta sapata equivalente seria dada por:<br />

[2.12]<br />

σ = 3 . (γ1 . H + q) 2<br />

3 . (γ1 . H + q) – ka2 . (γ2 . H + 3q) . (H/B) 2


O valor obtido pela expressão 2.12 seria então comparado à capacidade de carga do solo de<br />

fundação através da seguinte expressão para um elemento de fundação tipo sapata corrida<br />

(Terzaghi & Peck, 1967):<br />

qmax = c’ . Nc + qs . Nq + 0,5 . γf . B’ . Nγ<br />

onde:<br />

c’= coesão do solo de fundação;<br />

Nc, Nq e Nγ = fatores de capacidade de carga;<br />

qs = sobrecarga ao nível da base da fundação (qs = 0 se a base da estrutura não estiver<br />

embutida no solo de fundação);<br />

γf = peso específico do solo de fundação.<br />

Na tabela 2.2 são apresentados os valores de Nc, Nq e Nγ (Vésic, 1975).


φ N c N q Nγ N q/N C tanφ<br />

0 5,14 1,00 0,00 0,20 0,00<br />

1 5,38 1,09 0,07 0,20 0,02<br />

2 5,63 1,20 0,15 0,21 0,03<br />

3 5,90 1,31 0,24 0,22 0,05<br />

4 6,19 1,43 0,34 0,23 0,07<br />

5 6,49 1,57 0,45 0,24 0,09<br />

6 6,81 1,72 0,57 0,25 0,11<br />

7 7,16 1,88 0,71 0,26 0,12<br />

8 7,53 2,06 0,86 0,27 0,14<br />

9 7,92 2,25 1,03 0,28 0,16<br />

10 8,35 2,47 1,22 0,30 0,18<br />

11 8,80 2,71 1,44 0,31 0,19<br />

12 9,28 2,97 1,69 0,32 0,21<br />

13 9,81 3,26 1,97 0,33 0,23<br />

14 10,37 3,59 2,29 0,35 0,25<br />

15 10,98 3,94 2,65 0,36 0,27<br />

16 11,63 4,34 3,06 0,37 0,29<br />

17 12,34 4,77 3,53 0,39 0,31<br />

18 13,10 5,26 4,07 0,40 0,32<br />

19 13,93 5,80 4,68 0,42 0,34<br />

20 14,83 6,40 5,39 0,43 0,36<br />

21 15,82 7,07 6,20 0,45 0,38<br />

22 16,88 7,82 7,13 0,46 0,40<br />

23 18,05 8,66 8,20 0,48 0,42<br />

24 19,32 9,60 9,44 0,50 0,45<br />

25 20,72 10,66 10,88 0,51 0,47<br />

26 22,25 11,85 12,54 0,53 0,49<br />

27 23,94 13,20 14,47 0,55 0,51<br />

28 25,80 14,72 16,72 0,57 0,53<br />

29 27,86 16,44 19,34 0,59 0,55<br />

30 30,14 18,40 22,40 0,61 0,58<br />

31 32,67 20,63 25,99 0,63 0,60<br />

32 35,49 23,18 30,22 0,65 0,62<br />

33 38,64 26,09 35,19 0,68 0,65<br />

34 42,16 29,44 41,06 0,70 0,67<br />

35 46,12 33,30 48,03 0,72 0,70<br />

36 50,59 37,75 56,31 0,75 0,73<br />

37 55,63 42,92 68,19 0,77 0,75<br />

38 61,35 48,93 78,03 0,80 0,78<br />

39 67,87 55,96 92,25 0,82 0,81<br />

40 75,31 64,20 109,41 0,85 0,84<br />

41 83,86 73,90 130,22 0,88 0,87<br />

42 93,71 85,38 155,55 0,91 0,90<br />

43 105,11 99,02 186,54 0,94 0,93<br />

44 118,37 115,31 224,64 0,97 0,97<br />

45 133,88 134,88 271,76 1,01 1,00<br />

46 152,10 158,51 330,35 1,04 1,04<br />

47 173,64 187,21 403,67 1,08 1,07<br />

48 199,26 222,31 496,01 1,12 1,11<br />

49 229,93 265,51 613,16 1,15 1,15<br />

50 266,89 319,07 762,89 1,20 1,19<br />

Tabela 2.2 – Fatores de Capacidade de Carga (Vesic, 1975)


Caso o solo de fundação seja de baixa permeabilidade e a construção do aterro reforçado<br />

provoque condições não-drenadas, tal fato deve ser levado em conta na expressão 2.13. Nesta<br />

situação se reduz à:<br />

qmax = Cu . Nc + qs [2.14]<br />

Assim, o fator de segurança contra a ruptura do solo de fundação seria dado por:<br />

FSf = ≥ 3 [2.15]<br />

qmax<br />

σ<br />

2.3.4 Verificação da Estabilidade Global<br />

A possibilidade de instabilidade global da estrutura está esquematizada na figura 2.7 (a). Para<br />

tal estudo utilizam-se métodos de análise de estabilidade de taludes. Para os casos onde a<br />

superfície de deslizamento pode ser admitida circular é comum a utilização dos Métodos de<br />

Fellenius ou de Bishop Modificado. Na figura 2.7 (b) apresenta-se um fluxograma esquemático<br />

deste método.<br />

Fator de Segurança pelo Método de Bishop Modificado:<br />

F =<br />

onde:<br />

Wi<br />

αi<br />

ui<br />

n<br />

Σ [ (Wi / cos αi – ui . li) tan φ’+ c’. l1] / (1 + tan αi . tan φ / F)<br />

i=1<br />

= peso da fatia i;<br />

n<br />

Σ (Wi sen αi)<br />

i=1<br />

= inclinação da base da fatia i com a horizontal;<br />

= poropressão na base da fatia i;


li = comprimento da base da fatia;<br />

φ’ = ângulo de atrito efetivo do solo;<br />

c’ = coesão efetiva do solo;<br />

n = número de fatias do círculo considerado.


2.4 VERIFICAÇÃO DA ESTABILIDA<strong>DE</strong> INTERNA DA MASSA REFORÇADA COM GEOTÊXTIL<br />

2.4.1 Introdução<br />

A análise da estabilidade interna de uma estrutura de contenção em solo reforçado com<br />

Geotêxtil consiste em se verificar a possibilidade do desenvolvimento de um processo de<br />

ruptura no interior desta massa. Tal mecanismo de ruptura induzirá esforços de tração nos<br />

elementos de reforço podendo provocar a ruptura da obra por rompimento destes por tração ou<br />

por deficiência de ancoragem.<br />

2.4.2 Cálculo das Pressões Horizontais e Esforços nos Reforços<br />

No presente trabalho apresenta-se com mais detalhe o método de dimensionamento de<br />

estruturas de arrimo baseado na Teoria de Rankine. O estado de tensões no interior da massa<br />

de solo reforçado é certamente mais complexo que o admitido por tal teoria. Entretanto, esta<br />

apresenta a vantagem da simplicidade em relação a teorias mais complexas e tem sido utilizada<br />

correntemente na prática.<br />

A Teoria de Rankine admite que a ruptura do maciço se processa ao longo de um plano<br />

inclinado de 45º + φ’/2 com a horizontal, como mostrado na figura .8, onde φ’ é o ângulo de<br />

atrito efetivo do solo. A pressão horizontal varia linearmente com a profundidade e seu valor a<br />

uma determinada profundidade pode ser obtido através da expressão:<br />

σ’h = ka . σ’v + ∆ σh [2.16]<br />

onde:<br />

σ’h = pressão horizontal efetiva atuante sobre o paramento da estrutura de contenção;<br />

σ’v = pressão vertical efetiva na profundidade considerada;<br />

ka = coeficiente de empuxo ativo = tan 2 (45º - φ’d/2);<br />

∆σh = acréscimo de pressão horizontal devido a sobrecargas localizadas na superfície do<br />

terrapleno.


Caso se considere a massa de solo reforçada com Geotêxtil como rígida, a mesma sofre ação<br />

do empuxo lateral do material de solo vizinho que poderá ser ou não da mesma natureza do<br />

material empregado na estrutura de solo reforçado, como mostrado na figura 2.9. Assim, Jon<br />

(1987) sugere que a distribuição de pressões verticais no interior do maciço reforçado, a uma<br />

profundidade Z, tenha a forma trapezoidal crescente na direção da parede. Experiências em<br />

modelos têm evidenciado tal fato em medições na base da estrutura (Ashaari, 1990) mas as<br />

observações em estruturas têm sido contraditórias sugerindo que a forma de tal distribuição é<br />

dependente de fatores como atrito lateral ao longo da parede, rigidez do reforço e processo<br />

construtivo (Wawrychuck, 1987). Admitindo-se a distribuição de pressões verticais trapezoidal,<br />

obtém-se para a pressão máxima junto à parede (em condições drenadas):<br />

σ’vm = γ1 . Z + q + ka2 . Z 2 (γ2 . Z + 3q)/B 2 [2.17]<br />

onde:<br />

σ’vm = pressão vertical efetiva máxima junto à parede;<br />

ka2 = coeficiente de empuxo ativo devido ao solo atrás da massa de solo reforçado;<br />

γ1 = peso específico do solo da massa reforçada;<br />

γ2 = peso específico do solo atrás da massa de solo reforçado;<br />

q = sobrecarga uniformemente distribuída na superfície do terreno;<br />

Z = profundidade considerada;<br />

B = largura da base da estrutura de contenção.<br />

Assim, a pressão horizontal efetiva ao nível de uma camada de reforço seria dada por:<br />

σ’hz = ka1 . σ’vm = ka1 . (y1 . Z + q) + ka1 . ka2 . Z 2 (γ2. Z + 3q)/B 2 [2.18]<br />

onde:<br />

ka1 = coeficiente de empuxo ativo da massa reforçada.


Caso a parcela de resistência por coesão do solo utilizado para aterro não seja nula a<br />

expressão 2.18 se transforma em:<br />

σ’hz = ka1 . σ’vm = ka1 . (y1 . Z + q – 2c’/ √ ka1) + ka1 . ka2 . Z 2 (γ2. Z + 3q)/B 2 [2.19]<br />

onde:<br />

c’ é a coesão do solo de aterro.<br />

No caso de existirem cargas distribuídas em áreas localizadas, como apresentado na figura<br />

2.10, os acréscimos de pressão horizontal devido a estas devem ser somados ao resultado da<br />

expressão 2.18. Em geral empregam-se soluções da teoria da Elasticidade em tais situações.<br />

Poulos & Davis (1974) apresentaram soluções para diversos tipos de carregamentos.<br />

Admitindo-se que cada camada de reforço absorva parte das pressões horizontais, como<br />

apresentado na figura 2.11, o esforço de tração em um reforço, a uma profundidade Z, por<br />

unidade de comprimento da estrutura, seria então dado por:<br />

Ti = σ’hz . S = [ ka1 . (y1 . Z + q) + ka1 . ka2 . (γ2. Z + 3q) Z 2 /B 2 ] S [2.20]<br />

com S = espaçamento entre reforços na vertical.<br />

Deve-se notar que a expressão 2.20 assume que o reforço máximo de tração na camada de<br />

reforço ocorreria na extremidade do mesmo em contato com a parede. Tal fato, entretanto, é<br />

contrariado em observações e medições em modelos e em obras reais. Na verdade, o ponto de<br />

ocorrência do esforço de tração máxima se localiza a uma determinada distância da parede,<br />

como mostrado na figura 2.12.


Na expressão 2.20 não estão sendo consideradas pressões devido a presença de água, uma<br />

vez que se supõe que o material de aterro seja perfeitamente drenante ou que exista um<br />

sistema de drenagem eficiente capaz de reduzir tais pressões a valores desprezíveis.


Há que se considerar no presente momento as duas alternativas construtivas de uma estrutura<br />

em solo reforçado, a saber: espaçamento entre reforços constante ou variável ao longo da<br />

altura da estrutura de contenção. A primeira alternativa apresenta as vantagens de ser de mais<br />

fácil controle de construção e prover um maciço de solo reforçado mais rígido. Entretanto, a<br />

distribuição de esforços nos reforços resultantes será tal que as camadas inferiores de reforço<br />

estarão mais carregadas que as superiores sendo, portanto, mais caro. A segunda alternativa,<br />

embora apresente um complicador de ordem construtiva, permite que os reforços sejam<br />

distribuídos de modo a absorverem aproximadamente a mesma carga provendo um projeto<br />

mais econômico, embora mais deformável. Neste caso, pode-se minimizar as dificuldades<br />

construtivas através da escolha de espaçamentos entre reforços múltiplos da espessura de solo<br />

a ser compactada na construção da obra.<br />

O valor do espaçamento entre reforços a utilizar é função das características da obra e dos<br />

materiais envolvidos. De um modo geral o espaçamento entre reforços (S) varia entre 0,2 a<br />

1,0m, e mais comumente entre 0,3 a 0,6m. O Departamento de Transporte inglês recomenda<br />

que S não seja superior a 0,8m (Department of Transport, 1978). A utilização de espaçamento<br />

variável ao longo da altura da estrutura, múltiplo da espessura de compactação, é um artifício<br />

prático para se otimizar a utilização dos reforços. Entretanto, por vezes, caso seja necessária<br />

uma estrutura mais rígida, o espaçamento pode ser uniforme e as camadas superiores de<br />

reforço mais longas que as demais.<br />

No projeto da estrutura deve-se utilizar o valor da resistência à tração do reforço (Geotêxtil),<br />

como definida na expressão 2.3 reescrita abaixo:<br />

Td =<br />

Tmax<br />

FSr<br />

Tmax = resistência à tração<br />

Tmax - vide tabela 7<br />

O procedimento de projeto da estrutura em solo reforçado consiste em se substituir a expressão<br />

2.3 na expressão 2.20. O desenvolvimento seguinte resulta numa equação do 3º grau<br />

relacionando espaçamento (S) e profundidade (Z) como apresentado abaixo:<br />

S = ________________Td______________________<br />

ka1 . (γ1 . Z + q) + ka1 . ka2 . (γ2 . Z + 3q) Z 2 / B 2<br />

[2.3]<br />

[2.21]


No caso de se utilizar um espaçamento constante entre reforços (estrutura mais rígida) o valor<br />

de S máximo será dado pela expressão 2.21 para Z = H.<br />

No caso da adoção de espaçamento variável entre reforços, plota-se um gráfico relacionando<br />

as grandezas da expressão 2.21, como o apresentado na figura 2.13, para o estabelecimento<br />

da distribuição de camadas de reforço.<br />

Deve-se notar que a localização final dos elementos de reforço ao longo da estrutura influirá na<br />

força final atuante em cada elemento. Assim, após o estabelecimento do (s) espaçamento (s)<br />

entre reforços, faz-se necessário o cálculo do reforço atuante (T) em cada reforço para posterior<br />

verificação do comprimento de ancoragem. A figura 2.14 apresenta o esquema para tal cálculo<br />

no caso geral de espaçamento variável. Admite-se que a distribuição de pressões horizontais<br />

seja dividida entre cada reforço da maneira indicada na figura 2.14. Neste caso, para a<br />

geometria e tipos de carregamentos abordados no presente trabalho, pode-se demonstrar as<br />

seguintes expressões:<br />

Tai = σ’hi . Yi<br />

onde:<br />

Tai = esforço de tração atuante no reforço i;<br />

[2.22]<br />

σ’hi = pressão horizontal média na parcela da distribuição de pressões horizontais alocada para<br />

o reforço i;<br />

Yi = altura da distribuição trapezoidal de pressões horizontais que coube ao reforço i (fig. 2.14).


Da expressão 2.18, tem-se que:<br />

σ’hi = ka1 . σ’vm = ka1 . (γ1 . Zci + q) + .ka1 . ka2 . Z 2 ci (γ2 . Zci + 3q) / B 2<br />

onde:<br />

[2.23]<br />

Zci = profundidade, a partir do topo do terrapleno, do ponto central da parcela de distribuição de<br />

pressões horizontais que coube ao reforço i (fig. 2.14).<br />

Da figura 2.14, obtem-se:<br />

Yi =<br />

Z i + 1 - Z i –1<br />

2<br />

Zci = Z i + 1 + 2.Zi + Z i –1<br />

4<br />

[2.24]<br />

[2.25]


Deve-se observar que, para a camada de reforço mais superficial (i=1) tem-se:<br />

Y1 =<br />

Y1 =<br />

Z1 + Z2<br />

2<br />

Z1 + Z2<br />

4<br />

[2.26]<br />

[2.27]<br />

Deve-se, também, verificar a estabilidade da estrutura quanto à possibilidade de deslizamento<br />

de cunhas de solo ao longo da sua altura, como mostrado na figura 2.15. Isto se faz<br />

procurando-se, por tentativas, a superfície de deslizamento crítica. Pode-se demonstrar que<br />

para o caso mais simples, em que se tenha superfície do terreno superior horizontal e somente<br />

sobrecarga uniformemente distribuída, o esforço estabilizante necessário, oriundo das camadas<br />

de reforço, é dado por:<br />

Σ Ti =<br />

hi . tanλ . (γ1 . hi + 2q)<br />

2 . tan (φ’1d + λ)<br />

[2.28]<br />

com λ = 45º - φ’1d / 2 [2.29]<br />

onde: φ’1d = ângulo de atrito da massa de solo reforçado e hi a profundidade do vértice inferior<br />

da cunha analisada. Os procedimentos usualmente empregados para se estimar o esforço em<br />

cada reforço são: (a) divisão do valor de Σ T pelo número de camadas de reforço interceptadas<br />

pela superfície plana de deslizamento ou (b) adoção de uma distribuição de pressões<br />

horizontais cuja resultante seja Σ T e cálculo da parcela desta distribuição que vai para cada<br />

camada de reforço.


Para terrenos com geometrias e carregamentos superficiais mais complexos, bem como para<br />

outros mecanismos de ruptura, tem sido comum a utilização do método das cunhas. Tais<br />

métodos são geralmente aplicados em situações de geometria e carregamentos que<br />

comprometam a aplicabilidade da Teoria de Rankine. Tal procedimento torna possível a<br />

utilização de superfícies de deslizamento diferentes da plana (Teoria de Rankine), o que<br />

caracteriza melhor as observações efetuadas em modelos ou estruturas reais, como mostrado<br />

na figura 2.16.<br />

Entretanto, é comum, para favorecer a simplicidade de aplicação do método, a adoção de uma<br />

série de simplificações que comprometem as condições de equilíbrio do problema. Por vezes, a<br />

utilização de métodos interativos de análise de estabilidade de taludes mais complexos pode<br />

levar a problemas de convergência. (Palmeira, 1988).


2.4.3 Verificação do Comprimento de Ancoragem dos Reforços<br />

O outro requisito fundamental para a estabilidade da estrutura de arrimo diz respeito à<br />

ancoragem do reforço (geotêxtil). Tomando-se como referência a figura 2.17, o comprimento de<br />

ancoragem, a partir da superfície de deslizamento, para um determinado reforço seria dado por:<br />

lai = B – (H – Zi) tan<br />

45º - φ’d<br />

2<br />

Assim, o reforço por ancoragem disponível no reforço i seria dado por:<br />

(a) sem sobrecarga na superfície:<br />

Fanci = 2 . lai . γ1 . Zi . tan δsr [2.31]<br />

(b) com sobrecarga superficial:<br />

Fanci = 2 . lai . (γ1 . Zi + q). tan δsr [2.32]<br />

onde:<br />

lai = comprimento de ancoragem da camada de reforço i;<br />

δsr = ângulo de atrito entre solo e reforço (Geotêxtil);<br />

Zi = profundidade do reforço considerado;<br />

γ1 = peso específico da massa de solo reforçado.<br />

[2.30]


O Fator de Segurança contra a ruptura por ancoragem do reforço i seria dado por:<br />

Fsai = Fanci ≥ 2<br />

Tai<br />

com Tai dado pela expressão 2.22.<br />

[2.33]<br />

Para a geometria e tipo de carregamento analisado no presente trabalho a situação crítica de<br />

arrancamento ocorre nos reforços superficiais.<br />

O valor do ângulo de atrito δsr entre solo e reforço pode ser obtido através de ensaios de<br />

laboratório. Para materiais de aterro predominantemente arenosos tem se observado que tal<br />

ângulo varia de (0,7 a 1). φ’ (Palmeira, 1987), onde φ’ é o ângulo de atrito interno do solo<br />

arenoso envolvente.<br />

Para situações onde a superfície do terreno acima da parede é inclinada, pode-se utilizar a<br />

pressão vertical média sobre o trecho de ancoragem no cálculo do comprimento de ancoragem.<br />

A utilização de materiais de aterro coesivos ainda está em fase experimental. Entretanto, a<br />

metodologia de cálculo neste caso seria a mesma, apenas incluindo-se a influência da coesão<br />

do solo no cálculo das pressões laterais e da adesão solo-reforço no dimensionamento da<br />

ancoragem. Deveria-se, também, levar em conta, a possível geração de acréscimos de<br />

pressões intersticiais devido à compactação de tais solos, o que aumentaria a pressão lateral.<br />

Deve-se calcular também o comprimento dobrado de cada reforço (lo), como apresentado na<br />

figura 2.18. Tem-se, então, duas situações, a saber:<br />

(a) o comprimento dobrado está totalmente enterrado no solo de aterro (note-se que neste caso<br />

deve-se interconectar eficientemente as camadas de reforço para drenagem), ou<br />

(b) o comprimento dobrado está em contato com a camada de reforço instalada imediatamente<br />

acima.<br />

Koerner (1986) sugere a seguinte expressão para o cálculo de Io para o caso (a) acima:


Io =<br />

onde:<br />

S. σh . FS_____<br />

4 . (c’1 + γ1 . Zi tan δsr)<br />

S = espaçamento entre reforços;<br />

σh = pressão horizontal no nível considerado;<br />

FS = fator de segurança ≥ (2);<br />

c’1 = coesão do solo de aterro (caso exista);<br />

γ1 =,peso específico do solo de aterro;<br />

Zi = profundidade do nível considerado;<br />

δsr = ângulo de atrito entre solo de aterro e reforço.<br />

No caso (b), desprezando-se o atrito entre camadas de reforço, teria-se:<br />

Io =<br />

S. σh . FS_____<br />

2 . (c’1 + γ1 . Zi tan δsr)<br />

[2.34]<br />

[2.35]<br />

Koerner (1986) recomenda que o valor Io seja superior a 0,9m. Tal valor é usualmente adotado<br />

como constante ao longo de toda a altura da estrutura por conveniência de ordem construtiva.


2.5 CONSI<strong>DE</strong>RAÇÕES COMPLEMENTARES<br />

No caso do terrapleno acima da estrutura de contenção ser inclinado ou com geometria<br />

diferente da admitida no presente trabalho, algumas expressões importantes apresentadas<br />

anteriormente não serão válidas. Em casos como os apresentados na figura 2.19, John (1987)<br />

sugere que se obtenha o empuxo ativo atuante sobre o paramento interno da estrutura através<br />

do Método de Coulomb (solução gráfica de Culman, por exemplo). Definida a superfície de<br />

deslizamento crítica (fig. 2.19), os reforços deverão se estender além desta o suficiente para<br />

prover ancoragem segura. Também nestes casos, outras possibilidades de ruptura interna, por<br />

planos diferentes do passando pelo pé da estrutura, devem ser analisadas.<br />

3. <strong>TALU<strong>DE</strong>S</strong> REFORÇADOS COM GEOTÊXTEIS<br />

3.1 Introdução<br />

No item anterior foi abordado o pré-dimensionamento de estruturas de contenção reforçadas<br />

com geotêxteis fazendo-se uso da Teoria de Rankine. No caso de taludes íngremes, como o<br />

esquematizado na figura 3.1, é comumente utilizado o Método de Coulomb. No caso de aterros<br />

reforçados este método é utilizado para valores de ângulo do talude (θ, na figura 3.1) maiores


ou iguais a 60º. Para talude com inclinação com a horizontal mais suave a metodologia será<br />

apresentada adiante neste trabalho.<br />

O procedimento apresentado anteriormente para estruturas de contenção (θ = 90º) também<br />

pode ser utilizado em caráter de aproximação para o dimensionamento de taludes íngremes<br />

reforçados. Do mesmo modo, a metodologia apresentada no presente item pode ser aplicada a<br />

estruturas de contenção (com c’= 0), o que, em geral, conduz a valores de comprimento de<br />

reforço menores que os que seriam obtidos pela metodologia anterior.<br />

3.2 Dimensionamento de taludes Íngremes reforçados com Geotêxteis<br />

No caso de taludes íngremes o procedimento para pré-dimensionamento é semelhante ao<br />

apresentado para estruturas de contenção. Entretanto, devido a maior complexidade<br />

geométrica do problema, as expressões apresentadas no capítulo anterior não se aplicam ao<br />

presente caso. A rotina de pré-dimensionamento a ser seguida neste caso está apresentada na<br />

figura 3.2.


3.2.1 Cálculo do Empuxo e das Pressões Horizontais sobre o Maciço de Solo Reforçado<br />

Seja pré-dimensionar o aterro íngreme reforçado com Geotêxtil sob as condições apresentadas<br />

na figura 3.1. O empuxo ativo máximo e a superfície de deslizamento crítica são obtidos através<br />

da análise de várias superfícies de deslizamento, como indicado na figura 3.3. Caso exista uma<br />

sobrecarga uniformemente distribuída sobre o terrapleno (figura 3.1), pode-se trabalhar com a<br />

altura equivalente, dada por:<br />

H’ = H + ho [3.1]<br />

com<br />

ho = _q_<br />

γ<br />

[3.2]<br />

Pode-se demonstrar (ver Moliterno - 1980 e Bowles - 1977) que para as condições<br />

apresentadas na figura 3.1 o empuxo ativo E atuante sobre a estrutura é dado por:<br />

E =<br />

com:<br />

K . γ (H’ 2 – ho 2 )<br />

2<br />

[3.3]


onde:<br />

K = coeficiente de empuxo horizontal;<br />

δ = ângulo de atrito entre o solo de aterro e a face interna da estrutura em solo reforçado (0 ≤ δ<br />

≤ φ’d);<br />

outros valores ver figura 3.1.<br />

Para o cálculo do empuxo a ser resistido pelas camadas de reforço, despresando-se o atrito<br />

entre a face interna do revestimento e o maciço reforçado - (Knutson, 1986), tem-se:<br />

K’ =<br />

sen 2 . (α + φ’d)<br />

______________________<br />

sen 3 α . 1 + sen φ’d 2<br />

_______<br />

sen α<br />

[3.4 b]<br />

Fannin (1988) sugere que E seja horizontal, o que resultaria na utilização da expressão 3.4<br />

com δ = 90º - θ ≤ φ’d.


Como vantagem em relação à teoria de Rankine, a expressão 3.3 permite que se leve em conta<br />

situações físicas e geométricas mais gerais (faces da estrutura inclinada e atrito na face interna<br />

do maciço reforçado).<br />

Seguindo metodologia similar à apresentada por Jewell (1984), o procedimento seria a<br />

obtenção da distribuição de pressões horizontais no interior da massa de solo reforçado através<br />

da expressão:<br />

σh = K’ . γ (ho + Z) [3.5]<br />

3.2.2 Verificação da Estabilidade Interna do Maciço Reforçado<br />

3.2.2.1 Cálculo dos Esforços Atuantes nos Reforços<br />

De modo análogo ao apresentado no item 2 deste manual, define-se o esforço máximo de<br />

trabalho através da expressão 2.3, reescrita abaixo:<br />

Td =<br />

onde:<br />

Tmax<br />

FSr<br />

Tmax = resistência à tração máxnma do reforço (Geotêxtil) em condições de serviço (garantida<br />

a vida útil da obra);<br />

FSr = fator de segurança para a resistência à tração do reforço.<br />

O espaçamento entre reforços será dado por:<br />

S = Td Td<br />

___ = _____________<br />

σ’h K’ . γ . (ho + Z)<br />

Também como no item 2, traça-se um gráfico de variação de S versus Z (no caso de<br />

espaçamento variável) para a distribuição dos reforços ao longo da vertical. Uma vez definida<br />

[2.3]<br />

[3.6]


esta distribuição, o esforço de tração atuante em cada camada de reforço pode ser obtido pela<br />

expressão 2.22, reescrita abaixo:<br />

Tai = σ’hi . Yi [2.22]<br />

onde:<br />

Tai = esforço de tração atuante no reforço i;<br />

σ’hi = pressão horizontal média na parcela da distribuição de pressões horizontais alocada<br />

para o reforço i;<br />

Yi = altura da distribuição trapedoizal de pressões horizontais que coube ao reforço i (figura<br />

2.14).<br />

A pressão σ’hi é obtida através da expressão:<br />

σ’hi = K’ . γ . (ho + Zci) [3.7]<br />

onde:<br />

Zci = profundidade, a partir do topo do terrapleno, do ponto central da parcela de distribuição de<br />

pressões horizontais que coube ao reforço (figura 2.14).<br />

Da figura 2.14, obteve-se (para i > 1):<br />

Yi =<br />

Zi + 1 - Zi – 1<br />

_____________<br />

2<br />

Zci = Zi + 1 + 2 Zi - Zi – 1<br />

____________________<br />

4<br />

Para i = 1: [2.26]<br />

[2.24]<br />

[2.25]


Y1 =<br />

Zci =<br />

Zi + Z2<br />

__________<br />

2<br />

Zi + Z2<br />

__________<br />

4<br />

[2.27]<br />

Também no caso de taludes íngremes deve-se verificar a possibilidade de ruptura interna<br />

através de outras superfícies planas (figura 2.15). Neste caso, a expressão 2.28 é reescrita da<br />

seguinte forma:<br />

Σ Ti = [3.8]<br />

K’. γ . hi 2 ho<br />

____________ (1 + 2 ____ )<br />

2 hi<br />

onde K’= coeficiente de empuxo lateral obtido pela expressão 3.4b.<br />

3.2.2.2 Cálculo do Comprimento de Ancoragem:<br />

De modo análogo ao capítulo 2, a força disponível por ancoragem pode ser obtida pela<br />

expressão:<br />

Fanci = 2 . lai . σ’v . tan δ sr [3.9]<br />

onde:<br />

lai = comprimento de ancoragem da camada de reforço i;<br />

δ sr = ângulo de atrito entre solo e reforço;<br />

σ’v = pressão vertical efetiva atuante sobre o reforço:<br />

sem sobrecarga: σ’v = γ . Z<br />

com sobrecarga: σ’v = γ . (Z + ho).


No capítulo anterior foi visto que o fator de Segurança contra a ruptura por ancoragem do<br />

reforço i é dado por:<br />

Fanci_______<br />

FSai = [2.33]<br />

________ ≥ 2<br />

Tai<br />

com Tai dado pela expressão 2.22.<br />

A obtenção do comprimento de ancoragem pressupõe o conhecimento prévio da largura do<br />

maciço reforçado (B). No caso de taludes íngremes o comprimento de ancoragem do reforço i<br />

seria dado por:<br />

lai = B + (H – Zi) .<br />

onde:<br />

1 1<br />

( ____ - _____ )<br />

tanθ tanρc<br />

ρc = inclinação da superfície crítica com a horizontal (figura 3.3).<br />

[3.10]<br />

O valor de ρc pode ser obtido pelo processo de tentativas esquematizado na figura 3.3.<br />

Entretanto, para as condições apresentadas na figura 3.1 o valor de ρc para a cunha de ruptura<br />

no maciço do solo reforçado pode ser obtido através da expressão (Knutson, 1986):<br />

ρc =<br />

θ + φ’d<br />

_______<br />

2<br />

[3.11]<br />

Combinando-se as expressões anteriores, pode-se determinar o valor de Ba necessário para<br />

satisfazer a condição Tai . FSai<br />

de ancoragem pela expressão: 1 1<br />

Ba = ______________ - (H – Zi) . _____ - _____<br />

[3.12]<br />

2 . σ’v . tan δ sr tanθ tan ρc


Note-se o valor de Ba necessário para suprir a ancoragem varia com Zi. Deve-se, então, utilizar<br />

o valor de B máximo obtido pela expressão 3.12. Note-se, também, que devem ser analisados<br />

separadamente os casos com e sem sobrecarga.<br />

3.2.3 Verificação da Estabilidade Externa<br />

3.2.3.1 Verificação da Possibilidade de Tombamento<br />

Uma vez estabelecido o valor de B que satisfaz a condição de ancoragem verifica-se se este<br />

valor satisfaz a condição de não-tombamento. Devido a maior complexidade geométrica, é mais<br />

conveniente que o cálculo do fator de segurança contra o tombamento seja feito por partes.<br />

Tomando-se como referência a figura 3.4, pode-se obter este valor através da expressão:<br />

FSt =<br />

onde:<br />

W . Xw + Q . XQ + E . sen . (δ + θ - 90º) . XE<br />

_____________________________________ ≥ 2<br />

E . cos (δ + θ - 90º) . YE<br />

W = peso do maciço em solo reforçado;<br />

Q = resultante do carregamento superficial sobre o trecho reforçado;<br />

E = empuxo ativo sobre trecho reforçado;<br />

XW, WQ e XE = braços de alavanca das forças W, Q e E, respectivamente.<br />

Tem-se:<br />

[3.13]<br />

W = B . H . γ [3.14]<br />

Q = q . B [3.15]<br />

Xw =<br />

B H<br />

____ . (1 + ________ )<br />

2 B . tanθ<br />

[3.16]


B H<br />

XQ = ____ + ( ____ )<br />

2 tanθ<br />

[3.17]<br />

YE =<br />

H H’+ 2ho<br />

____ . ( _______ )<br />

3 H’+ ho<br />

[3.18]<br />

XE = B +<br />

YE<br />

_____<br />

tanθ<br />

[3.19]<br />

3.2.3.2 Verificação da Possibilidade de Deslizamento<br />

Em função do apresentado na figura 3.4, o Fator de Segurança contra o deslizamento pode ser<br />

obtido através da expressão:


FSd =<br />

[W + Q + E . sen (δ + θ - 90º)]<br />

__________________________ . tan δb ≥ 2<br />

[3.20]<br />

E . cos (δ + θ - 90º)<br />

3.2.3.3 Diagrama de Pressões na Base do Maciço Reforçado<br />

O diagrama de pressões de contato na base (admitido trapezoidal) está apresentado na figura<br />

3.5. em função da localização das forças atuantes no maciço reforçado, pode-se demonstrar<br />

que a posição das forças na base é dada por:<br />

XR =<br />

W . Xw + Q . XQ - E . [XE . cos (δ + θ) + YE . sen (δ + θ)]<br />

_____________________________________________<br />

W + Q - E . cos (δ + θ)<br />

[3.21]<br />

A excentricidade da resultante na base é dada por:<br />

e =<br />

B<br />

_____ - XR<br />

[3.22]<br />

2


As pressões normais extremas que definem o diagrama podem ser obtidas através das<br />

expressões:<br />

σva = 2 . N 3 . XR<br />

[3.23]<br />

_____ (2 - ________ ) ≥ 0<br />

B B<br />

2 . N 3 . XR<br />

σvb = _____ ( ________ - 1) ≥ 0<br />

[3.24]<br />

B B<br />

onde N = força normal na base e é dada por:<br />

N = W + Q - E . cos (δ + θ) [3.25]<br />

Dependendo da geometria do talude pode haver a tendência ao valor de σva ser negativo. De<br />

modo diverso ao que ocorre no caso de estruturas de contenção em solo reforçado, nestes<br />

casos o aumento do valor de B em nada adiantará para resolver este problema. Devido à<br />

geometria do talude íngreme e a deformação do solo de fundação é provável que tal situação<br />

não seja crítica nestes casos. Observações em estruturas reais instrumentadas têm<br />

evidenciado isto (Fanin, 1988). Entretanto, sugere-se utilizar o procedimento apresentado por<br />

Moliterno (1980) no caso da ocorrência de pressão de contato negativa na base de estruturas<br />

de arrimo. Tal procedimento majora a pressão normal positiva através do deslocamento da linha<br />

neutra. Assim:<br />

2 . N<br />

Se σva < 0 ⇒ σvb = [3.26]<br />

__________<br />

e deve-se ter σvb ≤<br />

3 . (B - XR)<br />

qmax<br />

______<br />

FSf


3.2.3.4 Verificação da Capacidade de Carga do Solo de Fundação<br />

De modo análogo ao apresentado no capítulo 2, pode-se utilizar a sugestão de Meyerhoff<br />

(1953):<br />

B’= B - 2 . e [2.11]<br />

A pressão normal sobre a sapata equivalente seria dada por:<br />

N<br />

σ = ____<br />

[3.27]<br />

B’<br />

A capacidade de carga do solo de fundação seria dada pela expressão2.12:<br />

qmax = c . Nc + qs . Nq + 0,5 . γf . B’ . Nγ [2.13]<br />

O Fator de Segurança contra a ruptura do solo de fundação seria o valor dado pela expressão<br />

2.14, reescrita abaixo:<br />

FSf = [2.15]<br />

Qmax<br />

______ ≥ 3<br />

σ<br />

3.2.3.5 Verificação da Estabilidade Global<br />

Analogamente ao apresentado no capítulo 2, deve-se verificar a estabilidade global do maciço<br />

através da análise de várias superfícies de deslizamento.


3.3 REFORÇO <strong>DE</strong> <strong>TALU<strong>DE</strong>S</strong> SUAVES SOBRE FUNDAÇÃO RESISTENTE<br />

3.3.1 Introdução<br />

Os aterros com taludes suaves podem ser instáveis dependendo das suas características<br />

geométricas e das propriedades do solo utilizado. Nestes casos a utilização de camadas de<br />

reforço podem elevar o fator de segurança contra a ruptura do talude a valores aceitáveis. Na<br />

figura 3.6 estão apresentadas as configurações mais usuais de taludes suaves reforçados.<br />

Será admitido neste item que o aterro esteja assente sobre solo competente, de modo que a<br />

ruptura se desenvolva exclusivamente no interior da massa de aterro. Indicações para<br />

procedimento no caso de aterro sobre fundação fraca são apresentadas muito sumariamente<br />

uma vez que se constituem em assunto de outro fascículo do manual técnico Geotêxtil Bidim.<br />

3.3.2 Abordagem Teórica<br />

Nos itens anteriores apresentou-se a metodologia para o pré-dimensionamento de taludes<br />

íngremes sendo admitidas superfícies de ruptura planas. À medida que a inclinação do talude<br />

com a horizontal diminui, a hipótese de superfície de deslizamento plana se afasta muito da<br />

realidade provocando erros significativos. Nestes casos faz-se, então, necessária a utilização<br />

de métodos que adotem outras formas de superfície de deslizamento.<br />

Koerner (1986) apresenta a utilização do Método das Fatias (Método de Fellenius) para a<br />

análise de estabilidade de aterros com taludes suaves reforçados. Nesta abordagem a<br />

superfície de deslizamento tem a forma circular e o fator de segurança é definido como a razão<br />

entre os somatórios dos momentos, em relação ao centro do círculo, das forças que resistem ao<br />

deslizamento e das que auxiliam o deslizamento. Os elementos de reforço são substituídos por<br />

forças estabilizadoras, conforme apresentado na figura 3.7. Assim, o fator de segurança contra<br />

o deslizamento para uma determinada superfície circular pode ser obtido através das seguintes<br />

expressões:


Talude não-reforçado:<br />

n<br />

Σ [ (Wi . cos αi - ui . li). tan φ’+ c’ . li ]<br />

i=1<br />

FSnr = ________________________________________________________<br />

[3.28]<br />

Talude reforçado:<br />

n<br />

Σ (Wi sin αi)<br />

i=1<br />

n γ = m<br />

Σ [ (Wi . cos αi - ui . li). tan φ’+ c’ . li ] . R + Σ Tdj . dj<br />

i=1 γ = 1<br />

FSr = _____________________________________________________________________________<br />

n<br />

Σ (Wi sen αi) . R<br />

i=1<br />

[3.29]<br />

onde:<br />

Wi = peso da fatia i;<br />

αi = inclinação da base da fatia i com a horizontal;<br />

ui = poropressão na base da fatia i;<br />

li = comprimento da base da fatia i = ∆ Xi / cos αi, onde ∆ X é a largura da fatia;<br />

φ’= ângulo de atrito efetivo do solo;<br />

c’ = coesão efetiva do solo;<br />

R = raio do círculo considerado;<br />

Tdj = esforço de tração admissível no reforço i;<br />

dj = distância na vertical entre o reforço j e o centro do círculo;<br />

n = número de fatias do círculo considerado;<br />

m = número de camadas de reforço interceptadas pelo círculo.


Note-se que métodos de análise de estabilidade mais complexos poderiam ser também<br />

utilizados (Bishop, Spencer, Janbu, etc.), seguindo a mesma filosofia. Entretanto, a<br />

apresentação de tais métodos fugiria ao caráter introdutório deste manual.<br />

Caso o elemento de reforço seja drenante, como no caso do Geotêxtil Bidim, conta-se, também,<br />

com o efeito estabilizador de redução das poropressões.<br />

No caso da ruptura do material de aterro se dar em condições não-drenadas, como<br />

apresentado na figura 3.8, as expressões 3.28 e 3.29 se simplificam para:<br />

FSnr = Cu . α’. R<br />

[3.30]<br />

__________<br />

W . X<br />

γ = m<br />

FSr =<br />

Cu . α’. R + Σ Tdj . dj<br />

γ = 1<br />

_________________________________<br />

[3.31]<br />

W . X


onde:<br />

Cu = resistência não-drenada do material de aterro;<br />

α’ = ângulo de abertura de definição da superfície circular (figura 3.8);<br />

W = peso total da massa deslizante;<br />

X = braço de alavanca da força W em relação ao centro do círculo<br />

Cabe observar que deve-se procurar superfície crítica, com menor fator de segurança, através<br />

da análise de várias superfícies possíveis. Tal procedimento é tedioso, motivo pelo qual é<br />

comum a utilização de programas computacionais para esta tarefa. Caso se estabeleça um<br />

valor de fator de segurança mínimo para a obra, deve-se verificar se o mesmo se mantém para<br />

outras superfícies que não a crítica circular, em particular para superfícies interceptando trechos<br />

pequenos do maciço reforçado ou passando pela base do mesmo, como mostrado na figura 3.9


Segundo Koerner (1986) o comprimento de ancoragem do reforço. Além da superfície de<br />

deslizamento, pode ser estimado pela expressão:<br />

Td<br />

lanc = ___________<br />

[3.32]<br />

2. σ’v . tan δsr<br />

No caso de solos finos:<br />

Td<br />

lanc = _____<br />

[3.33]<br />

2. au<br />

Para aterros sobre solos de fundação fracos, a posição da superfície crítica é função da<br />

resistência do solo de fundação. Portanto, as superfícies investigadas devem também passar<br />

pela fundação, tornando a análise mais abrangente o que, em geral, exige a utilização de<br />

programas computacionais para minimizar o tempo de análise.<br />

Em resumo, a figura 3.10 apresenta um fluxograma explicativo para a obtenção do fator de<br />

segurança de taludes reforçados utilizando-se as expressões 3.28 e 3.29.


3.4 CONSI<strong>DE</strong>RAÇÕES COMPLEMENTARES<br />

No caso do talude não atender às características assumidas no presente manual, deve-se<br />

proceder a análises mais complexas que envolvem, em geral, a utilização de métodos de<br />

equilíbrio limite. Tais métodos assumem que as camadas de reforço provêm forças<br />

estabilizantes na intersepção com a superfície de ruptura. Devido a natureza tediosa dos<br />

cálculos, é comum a utilização de programas computacionais de estabilidade de taludes<br />

existentes com vistas à aplicação dos métodos descritos acima (Palmeira - 1988, Heringer &<br />

Palmeira, 1988).<br />

Nos casos de projetos preliminares, por parte de profissionais com pouco conhecimento geral<br />

sobre o assunto ou sobre as características dos materiais envolvidos no problema, sugere-se<br />

que não sejam adotados valores de δ (ângulo de atrito solo-face interna do maciço de solo<br />

reforçado) elevados. Preferencialmente adotar δ = 0 nestes casos.<br />

4. INSTALAÇÃO DO GEOTÊXTIL BIDIM E ASPECTOS CONSTRUTIVOS<br />

Um dos pontos atrativos da técnica de reforço de solos com a utilização de geotêxteis diz<br />

respeito a rapidez e facilidade de construção. Basicamente podem-se Ter dois métodos<br />

construtivos, a saber: construção com a parede escorada ou construção incremental (em<br />

etapas). A figura 4.1 apresenta esquematicamente os dois processos construtivos.<br />

No primeiro caso citado acima a parede que compõe a face da estrutura é escorada à medida<br />

que as camadas de aterro e reforço são lançadas. Tal metodologia apresenta fatores<br />

complicadores no que diz respeito à fixação da camada de reforço à parede. Existem algumas<br />

soluções engenhosas para isto, como a utilização de cabos de aço embutidos na parede<br />

através do qual a camada de reforço é dobrada, como mostrado na figura 4.2. Há, também, a<br />

possibilidade de utilização de garras engastadas nas paredes. Tais soluções trazem<br />

complicações construtivas, motivo pelo qual o método de construção incremental é usualmente<br />

mais empregado.<br />

Na construção incremental o lançamento de aterro e de camadas de reforço é efetuado em<br />

etapas usando-se, para isso, uma forma em ângulo reto ou agudo para dar a forma final à face


da estrutura. Posteriormente, a face da estrutura é protegida de modo a evitar danos ao<br />

geotêxtil por ação das intempéries ou por vandalismo. Tal proteção pode ser de um dos<br />

seguintes tipos:<br />

• Parede de concreto armado (moldada no local ou em peças pré-moldadas);<br />

• Parede de alvenaria de blocos montada sobre a face;<br />

• Gunitagem sobre malha metálica ou plástica na face;<br />

• Revestimento vegetal (hera) sobre grelha metálica ou plástica (em geral mais aplicada a<br />

•<br />

aterros íngremes reforçados).<br />

A figura 4.3 esquematiza cada uma das possibilidades de revestimento da face da estrutura. A<br />

solução em alvenaria de blocos tem se mostrado bastante prática e econômica. Já a solução<br />

em revestimento vegetal pode resultar em um efeito visual bastante agradável embora requeira<br />

manutenções periódicas e seja de difí cil implantação em faces muito íngremes.


Dentro do método de construção incremental talvez o mais indicado para obras maiores, ou<br />

para uma certa quantidade de obras de contenção, seja a fabricação de peças pré-fabricadas<br />

que servem de forma e revestimento definitivo. São placas pré-moldadas no próprio canteiro, de<br />

concreto armado, como pode ser visto na figura 4.4, onde suas dimensões são em função da<br />

altura das camadas de reforço, do dimensionamento estrutural do concreto e do seu peso<br />

próprio.


Outras observações importantes sob o ponto de vista construtivo seriam:<br />

• A união entre mantas do geotêxtil Bidim normalmente é feita por SOBREPOSIÇÃO ou por<br />

•<br />

COSTURA, dependendo do tipo de aplicação e solicitação mecânica a que o mesmo será<br />

submetido. De uma maneira geral quando o geotêxtil Bidim for submetido à tração, a união<br />

mais utilizada é aquela feita por costura mecânica de alta resistência; porém, em obras de<br />

contenção e taludes em <strong>SOLO</strong> REFORÇADO, devido ao fato de se conhecer perfeitamente<br />

o sentido de solicitação (unidirecional), a instalação do geotêxtil BIDIM deve ser feita<br />

segundo a figura 4.5 e sem costura, bastando cortar as mantas no comprimento<br />

estabelecido pelo projeto e fazer a instalação perpendicular à face do muro/talude com<br />

sobreposições laterais das mantas de no mínimo 30cm.


• Têm sido observados deslocamentos horizontais no topo da parede de estruturas em solo<br />

reforçado da ordem de até 3% da altura da mesma. Assim, apra um perfeito acabamento da<br />

estrutura é comum a construção da face ligeiramente inclinada (H:V = 1:50 a 1:20).<br />

• O material de aterro a ser utilizado na estrutura deve apresentar boas características de<br />

resistência e drenagem e devem ser evitados materiais agressivos ao elemento de reforço.<br />

A consulta a especialistas ou fabricantes é recomendada nestes casos. A utilização de<br />

materiais argilosos como aterro em obras de solo reforçado tem provocado por vezes<br />

deformações excessivas ou geração de pressões neutras elevadas durante a construção.<br />

Quando tais situações são controladas ou aceitáveis os resultados têm sido bastante<br />

promissores. (Murray & Bodem - 1979, Palmeira et al - 1990). Entretanto, tais aplicações<br />

ainda têm se restringido a pesquisas.<br />

• A drenagem do maciço deve ser auxiliada com camadas drenantes e barbacãs. No caso de<br />

elementos de reforço drenantes, como é o Geotêxtil Bidim, os barbacãs devem ser<br />

distribuídos ao longo da face da estrutura de modo a ter contato com as diversas camadas<br />

de reforço. Estas, por sua vez, devem ter contato entre si de modo a permitir a saída da<br />

água do maciço de solo reforçado. Tal fato é exemplificado esquematicamente na figura 4.6.<br />

Na figura 4.7 apresenta-se uma alternativa para drenagem do maciço em solo reforçado no<br />

caso de suspeita de lençol freático aflorante.<br />

• O preparo da superfície na qual será instalado o geotêxtil deverá levar em conta as<br />

condições de drenabilidade do maciço, prevendo-se, portanto, as declividades/inclinações<br />

corretas de forma a garantir o comportamento global do sistema evitar estagnações<br />

indesejáveis (figura 4.8).


5. EXEMPLOS <strong>DE</strong> PRÉ-DIMENSIONAMENTO <strong>DE</strong> ESTRUTURA <strong>DE</strong> CONTENÇÃO E TALU<strong>DE</strong><br />

ÍNGREME REFORÇADO COM GEOTÊXTIL BIDIM.<br />

5.1 EXEMPLO <strong>DE</strong> PRÉ-DIMENSIONAMENTO <strong>DE</strong> ESTRUTURA <strong>DE</strong> CONTENÇÃO REFORÇADA COM<br />

GEOTÊXTIL BIDIM<br />

Seja considerar o projeto de uma estrutura em solo reforçado com Geotêxtil cujas<br />

características geométricas básicas e parâmetros relevantes para o tipo de obra em questão<br />

encontram-se apresentados na figura 5.1.<br />

Outros dados:<br />

Ângulo de atrito entre aterro e Bidim = δsr = 32º<br />

Espessura das camadas de solo compactado = v = 0.25m


5.1.1 Cálculos Preliminares<br />

tan φ’1p<br />

tan 40º<br />

φ’1 d = φ’2d = arctan _______ = arctan ______ = 33º<br />

FSφ<br />

ka1 = ka2 = tan 2 (45º - φ’d /2 = tan 2 (45º - 33º/2) = 0,29<br />

Esforço de Tração de Dimensionamento no Geotêxtil (expressão 2.3)<br />

Td =<br />

Utilizando-se o Bidim OP 30 (RT-07) ⇒ Tmax = 22 KN/m (tabela 7) e adotando-se para as<br />

condições da obra em estudo FSr = 2, tem-se:<br />

Td =<br />

Tmax<br />

FSr<br />

Tmax 22<br />

______ = _____ = 11 kN/m<br />

FSr 2<br />

5.1.2 Cálculo da Largura da Base da Estrutura (B)<br />

(a) Análise da Possibilidade de Deslizamento:<br />

Da expressão 2.5, tem-se:<br />

Bd =<br />

FSd . ka2 . (γ2 . H + 2 . q)<br />

______________________ . H<br />

2 . tan δb . (γ1 . H + q)<br />

Adotando-se FSd = 2 e substituindo valores, tem-se:<br />

Bd =<br />

Bd = 3,30m<br />

2 . 0,29 . (20 . 4,2 + 2 . 15)<br />

_________________________ . 4,2<br />

2 . tan 23º . (20 . 4,2 + 2 . 15)<br />

1,3


(b) Análise da Possibilidade de Tombamento:<br />

Da expressão 2.8:<br />

Bt = 2,10m<br />

Como Bd > Bt → B = Bd = 3,30m.<br />

5.1.3 Verificação da Capacidade de Carga do Solo de Fundação<br />

(a) Cálculo das Pressões na Base da Estrutura:<br />

Das expressões 2.9:<br />

σvmax [2.9]<br />

} = (γ 1.H + q) +/- ka2 . (γ2.H + 3q) . (H/B) 2<br />

σvmin<br />

Substituindo valores:<br />

σvmax<br />

σvmin<br />

} = (20 . 4,2 + 15) +/- 0,29 . (20 . 4,2 + 3. 15) . 4,2 2<br />

σvmax = 159,6 kPa<br />

σvmin = 38,4 kPa ≥ 0 → OK<br />

3,3


(b) Verificação da Capacidade de Carga da Fundação:<br />

Da expressão 2.12, tem-se:<br />

σ =<br />

3 . (γ1 . H + q)<br />

[2.12]<br />

2<br />

_________________________________<br />

3 . (γ1 . H + q) – ka2 . (γ2 . H + 3q) . (H/B) 2<br />

Substituindo-se valores:<br />

σ =<br />

3 . (20 . 4,2 + 15) 2<br />

___________________________________________<br />

σ = 124,4 kPa<br />

3 . (20 . 4,2 + 15) – 0,29 . (20 . 4,2 + 3 . 15) . (4,2/3,3) 2<br />

A excentricidade da resultante na base seria dada pela expressão 2.10:<br />

ka2 e = . H ≤ B/6<br />

2 . (γ2 . H + 3q)<br />

6B . (γ1 . H + q)<br />

Substituindo-se valores:<br />

e = 0,29 . 4,2 0,34m<br />

2 . (20 . 4,2 + 3 . 15)<br />

6 . 3,3 . (20 . 4,2 + 15)<br />

com e ≤ B/6 → e = 0,34 < 3,30/6 → pois já se obteve σvmin > 0<br />

A largura da sapata equivalente seria:<br />

B’= B - 2e [2.11]<br />

ou:<br />

B’= 3,3 - 2 . 0,34 = 2,62m<br />

[2.10]


Da expressão 2.13:<br />

qmax = c’ . Nc + qs . Nq + 0,5 . γf . B’ . Nγ [2.13]<br />

Para = φ’f = 32º (Tabela 2.2) → Nc = 35,49, Nq = 23,18 e Nγ = 30,22<br />

qmax = 10 . 35,49 + 0 . 23,18 + 0,5 . 19 . 2,62 . 30,22<br />

qmax = 1.107 kPa<br />

Então (expressão 2.15):<br />

FSf =<br />

qmax 1.107<br />

_____ = _____ = 8,9 ≥ 3 → OK.<br />

σ 124,4<br />

5.1.4 Verificação da Estabilidade Interna<br />

Da expressão 2.21:<br />

Td<br />

S = ________________________________________<br />

[2.21]<br />

ka1 . (γ1 . Z + q) + ka1 . ka2 . (γ2 . Z + 3 . q) Z 2 / B 2<br />

Substituindo-se valores:<br />

S =<br />

11<br />

__________________________________________<br />

0,29 . (20 . Z + 15) + 0,29 2 (20 . Z + 3 . 15) (Z 2 / 3,3 2)


S =<br />

S =<br />

11<br />

__________________________________________<br />

0,154 Z 3 + 0,29 2 (20 . Z + 3 . 15) (Z 2 / 3,3 2)<br />

11<br />

__________________________________________<br />

0,154 Z 3 + 0,29 2 (20 . Z + 3 . 15) (Z 2 / 3,3 2)<br />

No caso de adoção de espaçamento constante entre camadas de reforço (maciço reforçado<br />

mais rígido), tem-se (para Z = H = 4,2m):<br />

S =<br />

11<br />

__________________________________________<br />

S (Const.) = 0,25m<br />

0,154 Z 3 + 0,348 . 4,2 2 + 5,8 . 4,2 + 4,35<br />

A figura 5.2 apresenta a distribuição de reforços no caso de se adotar espaçamento constante.


A variação do espaçamento necessário (S) com a profundidade (Z) está apresentada na figura<br />

5.3 (a). Como a espessura da camada a ser compactada é 0,25m, adotando-se múltiplos deste<br />

valor para o espaçamento entre reforços, obtém-se o diagrama de distribuição das camadas de<br />

Geotêxtil ao longo da vertical apresentado na figura 5.3 (b). Notar que em qualquer trecho o<br />

diagrama apresenta valores abaixo dos obtidos da curva S versus Z, o que conduz,<br />

inevitavelmente, a um projeto um tanto conservativo.


5.1.5 Verificação de Outras Possibilidade de Ruptura Interna<br />

Seja considerar o caso de espaçamento variável (mais crítico neste caso).<br />

Da expressão 2.28:<br />

Σ Ti =<br />

hi . tanλ . (γ1 . hi + 2q)<br />

2 . tan (φ’1d + λ)<br />

com λ = 45º - φ’1d / 2. [2.29]<br />

Substituindo-se valores, tem-se:<br />

Σ Ti =<br />

Σ Ti = 2,95 hi 2 + 4,42 hi em (kN/m)<br />

hi . (20 . hi + 2 . 15) . tan (45º - 33º / 2)<br />

2 . tan (33º + 45º - 33º / 2)<br />

Arbitrando-se valores para hi obtem-se os dados apresentados na Tabela 5.1:<br />

hi (m) Σ Ti (kN/m) Nº camadas de reforço<br />

[2.28]<br />

Carga Aproximada<br />

por reforço<br />

1,20 9,55 1 9,55<br />

2,20 24,00 3 8,00<br />

3,00 39,81 7 5,69<br />

4,00 64,88 11 5,90<br />

4,20 70,60 11 6,41<br />

Tabela 5.1: Outras Possibilidade de Ruptura Interna


Seja, a título de exemplo, apresentar os cálculos para a superfície com hi = 3,00m. Tem-se:<br />

Σ Ti = 2,95 . 3 2 + 4,42 . 3 = 39,81 kN/m<br />

Como até a profundidade de 3,00 metros tem-se 7 camadas de reforço, o esforço médio por<br />

reforço seria dado por:<br />

39,81<br />

_____<br />

7<br />

= 5,69 kN/m<br />

Como todos os esforços aproximados por reforço, apresentados na Tabela 5.1, são menores<br />

que Td = 11 kN/m ⇒ OK.<br />

5.1.6 Avaliação do Esforço de Tração em cada Camada de Geotêxtil<br />

Da expressão 2.22 (ver fig. 2.14), tem-se:<br />

Tai = σ’hi . Yi<br />

[2.22]<br />

Das expressões 2.23 a 2.27, tem-se:<br />

σ’hi = ka1 . σ’vm = ka1 . (γ1 . Zci + q) + .ka1 . ka2 . Z 2 ci (γ2 . Zci + 3q) / B 2 [2.23]<br />

Yi =<br />

Z i + 1 - Z i –1<br />

2<br />

Zci = Z i + 1 + 2.Zi + Z i –1<br />

4<br />

Para i = 1:<br />

Y1 =<br />

Z1 + Z2<br />

2<br />

[2.24]<br />

[2.25]<br />

[2.26]


Y1 =<br />

Z1 + Z2<br />

4<br />

Substituindo-se valores, obtem-se:<br />

sem sobrecarga:<br />

σ’hi = 0,29 . 20 . Zci + 0,29 . (20 . Zci 2 ) . (Zci / 3,30) 2<br />

σ’hi = 0,154Zci 3 + 5,8 . Zci (em kPa)<br />

com sobrecarga:<br />

σ’hi = 0,29 . (20 . Zci + 15) + 0,29 . 0,29 (20 . Zci + 3 . 15) . (Zci / 3,30) 2<br />

σ’hi = 0,154 . Zci 3 + 0,348 . Zci 2 + 5,8 . Zci + 4,35 (em kPa)<br />

Para cada profundidade de reforço Z pode-se então calcular os valores de Zci, Yi, σ’hi, Ti. A<br />

Tabela 5.2 apresenta tais valores calculados. Seja a título de exemplo apresentar o cálculo<br />

referente ao reforço a 1,70m de profundidade (i = 3 Zi = 1,70m):<br />

2,20 + 2 . 1,70 + 1,20<br />

Zc3 = 4<br />

= 1,70m<br />

Y3 = = 0,50m<br />

2,20 - 1,20<br />

2<br />

[2.27]


I Zi<br />

(m)<br />

Yi (m)<br />

(m)<br />

Zci<br />

(m)<br />

σ’hi (kPa) Tai (kN/m)<br />

q = 15 q = 0 q = 15 q = 0<br />

1 0,45 0,83 0,41 6,79 2,39 5,63 1,98<br />

2 1,20 0,62 1,13 11,57 6,77 8,42 4,85<br />

3 1,70 0,50 1,70 15,98 10,62 7,99 5,31<br />

4 2,20 0,38 2,14 19,86 13,92 7,55 5,28<br />

5 2,45 0,25 2,45 22,91 16,47 5,73 4,12<br />

6 2,70 0,25 2,70 25,56 18,69 6,39 4,67<br />

7 2,95 0,25 2,95 28,44 21,06 7,11 5,27<br />

8 3,20 0,25 3,20 31,52 23,61 7,88 5,90<br />

9 3,45 0,25 3,45 34,82 26,33 8,71 6,58<br />

10 3,70 0,25 3,70 38,37 29,26 9,59 7,32<br />

11 3,95 0,25 3,95 42,18 32,40 10,55 8,10<br />

12 4,20 0,25 4,20 46,26 35,77 11,56 8,94<br />

Tabela 5.2: Esforço de Tração em Cada Reforço no Caso de Espaçamento Variável.<br />

sem sobrecarga (q = 0):<br />

σ’h3 = 0,154 . 1,70 3 + 5,80 . 1,70 = 10,62 kPa<br />

T3 = 0,5 . 10,62 = 5,31 kN/m.<br />

com sobrecarga (q = 15 kPa)<br />

σ’h3 = 0,154 . 1,70 3 + 0,348 . 1,70 2 + 5,80 . 1,70 + 4,35 = 15,98 kPa<br />

T3 = 0,5 . 15,98 = 7,99 kN/m.


5.1.7 Verificação do Comprimento de Ancoragem<br />

Da expressão 2.30, o comprimento de ancoragem de cada reforço seria dado por:<br />

lai = B – (H – Zi) tan<br />

Substituindo-se valores, tem-se:<br />

45º - φ’d<br />

2<br />

lai = 3,30 - (4,2 - Zi) . tan (45º - 33º/2)<br />

lai = 1,01 + 0,54Zi (em m.)<br />

Das expressões 2.31, 2.32 e 2.33, tem-se:<br />

(a) sem sobrecarga na superfície:<br />

Fanci = 2 . lai . γ1 . Zi . tan δsr [2.31]<br />

ou:<br />

Fanci = 2 . lai . 20 . Zi . tan 32º<br />

Fanci = 24 . lai . Zi (em kN/m)<br />

(b) com sobrecarga superficial:<br />

Fanci = 2 . lai . (γ1 . Zi + q). tan δsr [2.32]<br />

Fanci = 2 . lai . (20 . Zi + 15). tan 32º<br />

Fanci = (24,99 2 . Zi + 18,75) . lai (em kN/m)<br />

[2.30]


O Fator de Segurança contra a ruptura por ancoragem do reforço i seria dado pela<br />

expressão 2.33:<br />

Fsai = Fanci ≥ 2<br />

Tai<br />

onde Tai é o esforço de tração no reforço i (Tabela 5.2).<br />

[2.33]<br />

Substituindo-se os valores de Zi para os diversos reforços nas expressões acima obtém-se os<br />

dados apresentados na Tabela 5.3, onde pode-se observar que os fatores de segurança contra<br />

a deficiência de ancoragem são satisfatórios.<br />

I Zi<br />

(m)<br />

lai<br />

Fanc (kN/m) FSa<br />

(m) q = 0 q = 15 q = 0 q = 15<br />

1 0,45 1,25 14,06 37,49 7,10 6,7<br />

2 1,20 1,66 49,78 80,91 10,3 9,6<br />

3 1,70 1,93 81,99 118,18 15,4 14,8<br />

4 2,20 2,20 120,95 162,20 22,9 21,5<br />

5 2,45 2,33 142,66 186,35 34,6 32,5<br />

6 2,70 2,47 166,66 212,97 35,7 33,3<br />

7 2,95 2,60 191,67 240,42 36,4 33,8<br />

8 3,20 2,74 219,11 270,49 37,1 34,3<br />

9 3,45 2,87 247,44 301,25 37,6 34,6<br />

10 3,70 3,01 278,31 334,75 38,0 34,9<br />

11 3,95 3,14 309,95 368,83 38,3 35,0<br />

12 4,20 3,30 346,36 408,24 38,7 35,3<br />

Tabela 5.3: Fatores de Segurança Contra Ruptura por Deficiência de Ancoragem –<br />

Espaçamento Variável


A título de ilustração é apresentada abaixo a sequência de cálculos referente ao reforço a<br />

1,70m de profundidade (i = 3, Z = 1,70m):<br />

la3 = 1,01 + 0,54 . 1,70 = 1,93m.<br />

sem sobrecarga (q = 0):<br />

Fanc3 = (24.99 . 1,70 + 18,75) . 1,93 = 118,18 kN/m<br />

FSa3 = 118,18 / 7,99 = 14,8<br />

Para o cálculo do comprimento da borda da manta, admitindo-se contato entre mantas<br />

sucessivas, tem-se através da expressão 2.35:<br />

Io =<br />

S. σh . FS_____<br />

2 . (c’1 + γ1 . Zi tan δsr)<br />

[2.35]<br />

Analisando-se para a camada mais solicitada (i = 12, Zi = 4,20) tem-se, para q = 15 kPa, σh =<br />

46,26 = kPa (Tabela 5.2). Adotando-se FS = 2 e substituindo valores, obtém-se:<br />

Io =<br />

__0,25 . 46,26 . 2____<br />

= 0,22m<br />

2 . (0 + 20 . 4,2 . tan (32º))<br />

adote-se Io = 0,9 m por conveniência de ordem construtiva ao longo de toda a estrutura.<br />

5.1.8 Verificação da Estabilidade Global<br />

Finalizando-se o pré-dimensionamento da estrutura de contenção em solo reforçado por<br />

Geotêxtil seria verificada a estabilidade global através da utilização de métodos de estabilidade<br />

de taludes.


5.1.9 Detalhes Construtivos<br />

Neste item seriam estabelecidos os detalhes construtivos em função das condições do loca; da<br />

obra. Tais detalhes foram apresentados no item 4 do presente manual. A figura 5.4 apresenta<br />

cortes transversais esquemáticos das configurações finais possíveis para a estrutura.


5.2 PRÉ-DIMENSIONAMENTO <strong>DE</strong> UM TALU<strong>DE</strong> ÍNGREME REFORÇADO COM GEOTÊXTIL BIDIM<br />

Seja pré-dimensionamento o talude apresentado na figura 5.5.<br />

5.2.1 Cálculos Preliminares<br />

θ = arctan (3) = 71,6º<br />

α = 180º - θ = 180º - 71,6º = 108,4º<br />

Da expressão:<br />

φ’d = arctan tan φ’p )<br />

FSφ<br />

= arctan tan 39º = 31,9º<br />

( ______ )<br />

Adotando-se o Bidim RT 10 e um fator de segurança FSr = 2 para as condições do problema<br />

em questão, tem-se (expressão 2.3):<br />

1,3


15<br />

Td = Tmax = _____ = 7,5 kN/m<br />

FSr<br />

2<br />

Tmax - vide Tabela 7<br />

Expressão 3.2:<br />

ho =<br />

q 10<br />

___ = ____ = 0,56m.<br />

γ 18<br />

Da expressão 3.1 obtém-se a altura equivalente do aterro:<br />

H’= H + ho = 6 + 0,56 = 6,56m.<br />

Superfície de deslizamento crítica dentro do maciço reforçado (expressão 3.11)<br />

ρc =<br />

θ + φ’d<br />

_______<br />

2<br />

Substituindo-se valores, obtém-se:<br />

ρc =<br />

71,6º + 31,9º<br />

___________ = 51,8º<br />

2<br />

Coeficiente de Empuxo Lateral (expressão 3.4a ):<br />

[3.11]


Substituindo-se valores:<br />

K = 0,169<br />

Valor do Empuxo (expressão 3.3):<br />

E = K . γ (H’ 2 – ho 2 )<br />

2<br />

Substituindo-se valores:<br />

E = 0,169 . 18 (6,562 - 0,56 2 )<br />

2<br />

E = 64,98 kN/m<br />

Distribuição de Pressões Horizontais no Interior da Massa Reforçada:<br />

Expressão 3.4b:<br />

a) Com sobrecarga:<br />

σ’h = K’. γ . (ho + Z) [3.55]<br />

σ’h = 0,197. 18 . (0,56 + Z)<br />

[3.3]


σ’h = 1,99 + 3,55Z<br />

b) Sem sobrecarga:<br />

σ’h = K’. γ . Z = 0,197 . 18 . Z<br />

σ’h = 3,55Z<br />

5.2.2 Cálculos dos Esforços nos Reforços<br />

Da expressão 3.6 obtém-se o espaçamento entre reforços:<br />

S =<br />

S =<br />

Td Td<br />

___ = _____________<br />

σ’h K’ . γ . (ho + Z)<br />

7,5<br />

____________<br />

1,99 + 3,55Z<br />

Atribuindo-se valores a Z pode-se construir o gráfico apresentado na figura 5.6.<br />

No caso de espaçamento constante (maciço mais rígido), o espaçamento máximo seria o obtido<br />

para Z = H = 6m, ou:<br />

[3.6]


S =<br />

7,5<br />

____________ 0,32 → S (const.) = 0,30mφ<br />

1,99 + 3,55Z<br />

A figura 5.7 (a) apresenta a distribuição de camadas de Bidim no caso de espaçamento<br />

constante, enquanto a figura 5.7 (b) apresenta a distribuição proposta para espaçamento<br />

variável, múltiplo da espessura da camada de aterro compactada.


Através da expressão 2.22 pode-se calcular o esforço de tração em cada camada de reforço.<br />

Ta = σ’ . Y<br />

i hi i<br />

Substituindo-se valores:<br />

Tai = (1,99 + 3,55 . Zci) . Yi<br />

onde:<br />

para i > 1;<br />

Yi =<br />

Z i + 1 - Z i –1<br />

2<br />

Zci = Z i + 1 + 2.Zi + Z i –1<br />

4<br />

Para i = 1;<br />

Y1 =<br />

Y1 =<br />

Z1 + Z2<br />

2<br />

Z1 + Z2<br />

4<br />

[2.22]<br />

[2.24]<br />

[2.25]<br />

[2.26]<br />

[2.27]


Substituindo-se valores podem ser obtidos os dados apresentados na Tabela 5.4:<br />

I Zi<br />

(m)<br />

Yi (m)<br />

(m)<br />

Zci<br />

(m)<br />

σ’hi (kPa) Tai (kN/m)<br />

q = 10 q = 0 q = 10 q = 0<br />

1 0,3 0,75 0,38 3,34 1,35 2,51 1,01<br />

2 1,2 0,75 1,13 6,00 4,01 4,50 3,01<br />

3 1,8 0,60 1,80 8,38 6,39 5,03 3,83<br />

4 2,4 0,60 2,40 10,51 8,52 6,31 5,11<br />

5 3,0 0,45 2,93 12,39 10,40 5,58 4,68<br />

6 3,3 0,30 3,30 13,71 11,72 4,11 3,52<br />

7 3,6 0,30 3,60 14,77 12,78 4,43 3,83<br />

8 3,9 0,30 3,90 15,84 13,85 4,75 4,16<br />

9 4,2 0,30 4,20 16,90 14,91 5,07 4,47<br />

10 4,5 0,30 4,50 17,97 15,98 5,39 4,79<br />

11 4,8 0,30 4,80 19,03 17,04 5,71 5,11<br />

12 5,1 0,30 5,10 20,10 18,11 6,03 5,43<br />

13 5,4 0,30 5,40 21,16 19,17 6,35 5,75<br />

14 5,7 0,30 5,70 22,23 20,24 6,67 6,07<br />

15 6,0 0,30 6,00 23,29 21,30 6,99 6,39<br />

Tabela 5.4: Esforços de Tração Previstos nas Camadas de Reforço - Espaçamento Vertical<br />

Como os esforços de tração nos reforços (Tabela 5.4) são menores que Td → OK.


5.2.3 Verificação de Outras Possibilidades de Ruptura Interna<br />

Da expressão 3.8, tem-se:<br />

Σ Ti = [3.8]<br />

K’. γ . hi 2 ho<br />

____________ (1 + 2 ____ )<br />

2 hi<br />

onde K’ é obtido pela expressão 3.4b. Assim:<br />

K’= 0,197<br />

Então:<br />

Σ Ti =<br />

Σ Ti =<br />

0,197. 18 . hi 2 2 . 0,56<br />

____________ (1 + ________ )<br />

2 hi<br />

1,12<br />

1,773 . hi 2 (1 + ______ )<br />

hi<br />

Substituindo-se valores na expressão acima encontram-se os resultados apresentados na<br />

Tabela 5.5.<br />

hi (m) Σ Ti (kN/m) Nº camadas de reforço n Σ T/n<br />

1 3,76 1 3,76<br />

2 11,06 2 5,53<br />

3 21,91 4 5,48<br />

4 36,31 7 5,19<br />

5 54,25 10 5,43<br />

6 75,74 13 5,83<br />

Tabela 5.5: Esforços Médios nos Reforços para Outras Possibilidades de Ruptura Interna<br />

Como os valores de esforços médios apresentados na Tabela 5.5 são inferiores a Td → Ok.


5.2.4 Verificação do Comprimento de Ancoragem<br />

Da expressão 3.12, tem-se o valor de Ba mínimo para satisfazer as condições de ancoragem:<br />

Ba =<br />

Tai . FSai 1 1<br />

______________ - (H – Zi) . _____ - _____<br />

[3.12]<br />

2 . σ’v . tan δ sr tanθ tan ρc<br />

Adotando-se FSai = 2, e δ sr = 32º e substituindo-se valores, tem-se:<br />

Ba =<br />

Com:<br />

Tai . FSai<br />

______________ + 2,726 - 0,454 - Zi<br />

0,625 σ’v<br />

sem sobrecarga: σ’v = γ . Zi = 18 . Zi<br />

com sobrecarga: σ’v = γ . (Zi + ho) = 18 . Zi + 10<br />

Substituindo-se valores na expressão acima, com Tai apresentados na Tabela 5.4, obtém-se os<br />

resultados da Tabela 5.6.<br />

I Zi<br />

(m)<br />

Tai (kN/m) σ’hi (kPa) Ba (m)<br />

q = 0 q = 10 q = 0 q = 10 q = 0 q = 10<br />

1 0.3 1.01 2.51 5.4 15.4 2.89 2.85<br />

2 1,2 3.01 4.5 21.6 31.6 2.4 2.41<br />

3 1.8 3.83 5.03 32.4 42.4 2.10 2.10<br />

4 2,4 5.11 6.31 43.2 53.2 1.83 .<br />

. . . . . . . .<br />

. . . . . . . .<br />

15 6.0 6.39 6.99 108.0 118.0 0.10 0.10<br />

Tabela 5.6: Valores de Ba para Satisfazer as Condições de Ancoragem


Em função dos valores expostos na Tabela 5.6 pode-se concluir que para satisfazer as<br />

condições de ancoragem na camada de reforço superior deve-se ter Ba = 2,89 m → Ba = 2,90<br />

m.<br />

5.2.5 Verificação do Tombamento<br />

Através das expressões 3.13 a 3.19, tem-se:<br />

FSt =<br />

W . Xw + Q . XQ + E . sen . (δ + θ - 90º) . XE<br />

_____________________________________ ≥ 2<br />

E . cos (δ + θ - 90º) . YE<br />

[3.13]<br />

W = B . H . γ [3.14]<br />

W = 2,90 . 6 . 18 = 313,20 kN/m<br />

Q = q . B [3.15]<br />

Q = 10 . 2,90 = 29 kN/m<br />

Xw =<br />

[3.16]<br />

Xw =<br />

XQ =<br />

[3.17]<br />

B H<br />

____ . (1 + ________ )<br />

2 B . tanθ<br />

2,90 6<br />

____ . (1 + _______________ ) = 2,45m<br />

2 2,90 . tan (71,6º)<br />

B H<br />

____ + _____<br />

2 tanθ


YE =<br />

2,90 6<br />

____<br />

H<br />

+ _________<br />

H’+<br />

= 3,45m<br />

2ho<br />

____<br />

2<br />

. (<br />

tan<br />

_______<br />

(71,6º)<br />

)<br />

3 H’+ ho<br />

[3.18]<br />

XQ =<br />

YE =<br />

6 6,56 + 2 . 0,56<br />

____ . ( _____________ ) = 2,16m<br />

3 6,56 + 0,56<br />

XE = B +<br />

YE<br />

_____<br />

tanθ<br />

[3.19]<br />

XE = 2,90 +<br />

2,16<br />

__________ = 3,62m<br />

tan (71,6º)<br />

Substituindo-se valores na expressão 3.13, obtém-se:<br />

FSt =<br />

313,2 . 2,45 + 29,0 . 3,45 + 64,98 . sen (15º + 71,6º - 90º) . 3,62<br />

____________________________________________________<br />

FSt = 6,1 ≥ 2 → OK.<br />

5.2.6 Verificação do Deslizamento<br />

Da expressão 3.20, tem-se:<br />

64,98 . cos (15º + 71,6º - 90º) . 2,16<br />

FSd =<br />

[W + Q + E . sen (δ + θ - 90º)]<br />

__________________________ . tan δb ≥ 2<br />

[3.20]<br />

E . cos (δ + θ - 90º)


Substituindo-se valores, tem-se:<br />

FSd =<br />

FSd = 3,3 ≥ 2 → OK<br />

[313,2 + 29 + 64,98 . sen (15º + 71,6º - 90º)]<br />

_____________________________________ . tan 32º<br />

64,98 . cos (15º + 71,6º - 90º)<br />

5.2.7 Diagrama de Pressões na Base<br />

Cálculo da Excentricidade da Resultante na Base (expressões 3.21 e 3.22):<br />

XR =<br />

[3.21]<br />

W . Xw + Q . XQ - E . [XE . cos (δ + θ) + YE . sen (δ + θ)]<br />

_____________________________________________<br />

Substituindo-se valores:<br />

XR =<br />

XR = 2,11m<br />

W + Q - E . cos (δ + θ)<br />

313,2 . 2,45 + 29 . 3,45 - 64,98 . [3,62 . cos (86,6º) + 2.16 . sen (86,6º)]<br />

__________________________________________________________<br />

313,2 + 29 - 64,98 . cos (86,6º)<br />

A excentricidade da resultante na base é dada por:<br />

B<br />

_____ - XR<br />

e = [3.22]<br />

2


e =<br />

2,90<br />

_____ - 2,11<br />

2<br />

= 0,66m ><br />

A força normal na base é dada por:<br />

B<br />

_____ = 0,48 → pressão negativa na base<br />

N = W + Q - E . cos (δ + θ) [3.25]<br />

N = 313,2 + 29,0 - 64,98 . cos (86,6º)<br />

N = 338,35 kN/m<br />

As pressões normais extremas que definem o diagrama são dadas por:<br />

6<br />

2 . N 3 . XR<br />

σva = _____ (2 - ________ ) ≥ 0<br />

[3.23]<br />

σva =<br />

B B<br />

2 . 338,35 3 . 2,11<br />

_________ (2 - ________ ) = -42,7 kPa<br />

2,90 2,90<br />

2 . N 3 . R<br />

σvb = X_____<br />

( ________ - 1) ≥ 0<br />

[3.24]<br />

σ vb =<br />

B B<br />

2 . 338,35 3 . 2,11<br />

__________ . ( _________ - 1) = 275,99 kPa > 0<br />

como σva < 0 → σvb =<br />

[3.26]<br />

2,90 2,90<br />

2 . N<br />

__________<br />

3 . (B - XR)


Então: σvb =<br />

2 . 338,35<br />

____________ = 285,53 kPa<br />

3 . (2,9 - 2,11)<br />

5.2.8 Verificação da Capacidade de Carga do Solo de Fundação<br />

Largura da Base corrigida:<br />

B’= B - 2 . e [2.11]<br />

B’= 2,90 - 2 . 0,66 = 1,58m<br />

A pressão normal sobre a sapata equivalente seria dada por:<br />

σvb =<br />

N<br />

_____<br />

[3.26]<br />

σvb =<br />

B’<br />

338,35<br />

_______ = 214 kPa<br />

1,58<br />

A capacidade de carga do solo de Fundação seria dada pela expressão 2.13:<br />

qmax = c’ . Nc + qs . Nq + 0,5 . γf . B’ . Nγ [2.13]<br />

Para φ’f = 42º (Tabela 2.2) : Nc = 93,71, Nγ = 155,55 e Nq = 85,38.<br />

Então:<br />

qmax = 0 . 93,71 + 0 . 85,38 + 0,5 . 20 . 1,58 . 155,55<br />

qmax = 2457,7 kPa > σvb → OK


Assim:<br />

qmax FSf =<br />

2457,5<br />

[2.15<br />

_____ = ________ = 11,5 ≥ 3 → OK<br />

σ 214<br />

5.2.9 Verificação da Estabilidade Global<br />

Neste item seriam empregados métodos de estabilidade de taludes para a verificação da<br />

estabilidade do conjunto.<br />

5.2.10 Detalhes Construtivos<br />

Verificada a estabilidade global, se passaria aos detalhes construtivos, como apresentado no<br />

capítulo 4. Na figura 5.8 são apresentados cortes transversais esquemáticos das situações<br />

finais possíveis para o aterro reforçado.


6. LISTA <strong>DE</strong> SÍMBOLOS<br />

Alfabeto Latino:<br />

au<br />

Adesão entre solo e reforço;<br />

B Largura da base do maciço reforçado;<br />

B’ Largura equivalente para cálculo de capacidade de carga;<br />

Bd<br />

Bt<br />

Largura mínima da base para evitar deslizamento;<br />

Largura mínima da base para evitar tombamento;<br />

c’ Coesão efetiva do solo;<br />

c’1<br />

Cu<br />

dj<br />

Coesão efetiva do solo 1;<br />

Resistência não-drenada do solo;<br />

Braço de alavanca do reforço j em relação ao centro do círculo;<br />

e Excentricidade da resultante das forças na base do maciço reforçado;<br />

E Empuxo da terra;<br />

Fanci<br />

Força de ancoragem no reforço i;<br />

FS Fator de segurança;<br />

FSd<br />

FSf<br />

FSr<br />

FSt<br />

Fator de segurança contra o deslizamento;<br />

Fator de segurança contra a ruptura do solo de fundação;<br />

Fator de segurança para a resistência à tração do reforço;<br />

Fator de segurança contra o tombamento;<br />

FSφ Fator de segurança para o ângulo de atrito do solo;<br />

FSai<br />

hi<br />

ho<br />

Fator de segurança para ancoragem do reforço i;<br />

Altura da cunha de ruptura interna i;<br />

Altura equivalente de terra para o carregamento q;<br />

H Altura da estrutura de solo reforçado ou do talude íngreme;<br />

H’ Altura equivalente do talude íngreme;<br />

ka1<br />

ka2<br />

Coeficiente de empuxo ativo do solo 1;<br />

Coeficiente de empuxo ativo do solo 2;<br />

K Coeficiente de empuxo horizontal na face interna do maciço reforçado;<br />

K’ Coeficiente de empuxo horizontal na face externa do maciço reforçado;<br />

lai<br />

li<br />

lo<br />

Comprimento de ancoragem do reforço i;<br />

Comprimento da base da fatia i;<br />

Comprimento de ancoragem da borda do reforço próxima à face da estrutura<br />

reforçada;


m Número de camadas de reforço;<br />

n Número de fatias do círculo de deslizamento;<br />

N Força normal na base do maciço reforçado;<br />

Nc, Nγ e Nq<br />

Fatores de capacidade de carga;<br />

q Sobrecarga uniformemente distribuída na superfície do terrapleno;<br />

qmax<br />

qs<br />

Capacidade de carga do solo de fubdação;<br />

Sobrecarga ao nível da base da estrutura devido a embutimento da base;<br />

Q Resultante da força devido ao carregamento q na superfície;<br />

R Raio do círculo de deslizamento ou resultante das forças na base do maciço<br />

reforçado;<br />

S Espaçamento entre camadas de reforço;<br />

T Força tangencial na base do maciço reforçado;<br />

Tai<br />

Tdj<br />

Ti<br />

Td<br />

Tmax<br />

∑ Ti<br />

ui<br />

Esforço de tração atuante na camada de reforço i;<br />

Esforço de tração de dimensionamento no reforço j;<br />

Esforço de tração na camada de reforço i;<br />

Esforço de tração de dimensionamento para o reforço;<br />

Resistência à tração máxima do reforço em condições de serviço (garantida a<br />

vida útil da obra);<br />

Somatório das forças de tração nos reforços;<br />

Pressão neutra na base da fatia i;<br />

v Espessura da camada de solo compactado;<br />

Wi<br />

Peso da fatia i;<br />

W Peso total da cunha de ruptura;<br />

X Braço de alavanca da força W em relação ao centro do círculo;<br />

XE<br />

XR<br />

XQ<br />

XW<br />

YE<br />

Yi<br />

Z Profundidade;<br />

Zci<br />

Distância horizontal da força E ao canto esquerdo inferior do maciço reforçado;<br />

Distância da resultante R ao canto esquerdo inferior do maciço reforçado;<br />

Distância horizontal da força Q ao canto esquerdo inferior do maciço reforçado;<br />

Distância horizontal da força W ao canto esquerdo inferior do macico<br />

reforçado;<br />

Distância vertical da força E ao canto esquerdo inferior do maciço reforçado;<br />

Altura da parcela de distribuição de pressões horizontais absorvida pelo reforço<br />

i;<br />

Profundidade do centro da parcela de pressões horizontais absorvida pelo<br />

reforço i em relação a superfície do terrapleno;


Alfabeto Grego:<br />

α ângulo externo de inclinação de talude;<br />

α’ ângulo interno de definição de superfície de deslizamento circular;<br />

αi<br />

inclinação da base da fatia i com a horizontal;<br />

δ ângulo de atrito entre solo e face interna da estrutura de contenção;<br />

δb<br />

δsr<br />

∆σh<br />

φcv<br />

φ’p<br />

ângulo de atrito entre a base do maciço reforçado e o solo de fundação;<br />

ângulo de atrito entre solo e reforço (geotêxtil);<br />

acréscimo de pressão horizontal;<br />

ângulo de atrito a volume constante do solo;<br />

ângulo de atrito de pico do solo;<br />

φ’ ângulo de atrito do solo;<br />

φ’d<br />

φ’1d<br />

φ’2d<br />

ângulo de atrito de dimensionamento do solo;<br />

ângulo de atrito de dimensionamento do solo 1;<br />

ângulo de atrito de dimensionamento do solo 2;<br />

γ peso específico do solo;<br />

γ1<br />

γ2<br />

γf<br />

peso específico do solo 1;<br />

peso específico do solo 2;<br />

peso específico do solo de fundação;<br />

λ ângulo de definição de cunha de ruptura;<br />

ρc<br />

inclinação da superfície plana de deslizamento crítica com a horizontal;<br />

θ ângulo interno de inclinação do talude íngreme com a horizontal ou ângulo de<br />

inclinação da cunha de ruptura com a vertical;<br />

σ pressão vertical média equivalente;<br />

σ’h<br />

σ’hi<br />

σ’hz<br />

σ’v<br />

σva<br />

σvb<br />

σvmin<br />

σvmax<br />

σvm<br />

pressão horizontal efetiva;<br />

pressão horizontal média do trecho que cabe ao reforço i;<br />

pressão horizontal na profundidade Z;<br />

pressão vertical efetiva;<br />

pressão vertical no canto esquerdo da base do maciço reforçado;<br />

pressão vertical no canto direito da base do maciço reforçado;<br />

pressão vertical mínima na base do maciço reforçado;<br />

pressão vertical máxima na base do maciço reforçado;<br />

pressão vertical máxima junto ä face do maciço reforçado;


7. PROPRIEDA<strong>DE</strong>S MECÂNICAS DO GEOTÊXTIL BIDIM<br />

Tmax = Resistência à tração na ruptura (AFNOR NF G 38014)<br />

Tipo de Geotêxtil BIDIM RT-10 RT-14 RT-16 RT-31 Normas de Ensaio<br />

Densidade Superficial<br />

(gramas/m²)<br />

Resistência à tração na<br />

ruptura (kN/m)<br />

Deformaçào na ruptura<br />

(ε R - %)<br />

Módulo de deformação<br />

(J-kN/m)<br />

Resistência ao estouro<br />

do geotêxtil (PB - kPa)<br />

Mullen Burst Test<br />

Resistência ao<br />

puncionamento do<br />

geotêxtil (Rp - kN)<br />

Resistência à<br />

propagação do rasgo do<br />

geotêxtil<br />

(FT - kN)<br />

8. CONVERSÃO <strong>DE</strong> UNIDA<strong>DE</strong>S<br />

• Força e Peso<br />

1 kN = 102 Kgf<br />

10 N ≅ 1 Kgf<br />

1daN = 1 Kgf<br />

1 N = 102 gramas-força<br />

1 N = 1,02 x 10 -4 toneldas-força<br />

200 300 400 600 AFNOR NF G 3813<br />

15 22 29 38 AFNOR NF G 38014<br />

30 a 35 30 a 35 30 a 35 30 A 35 AFNOR NF G 38014<br />

47 71 88 112 -<br />

2200 2900 4500 6000 ASTM D 3786<br />

1,3 2,1 2,8 3,8 ASTM D 3787<br />

1,1 1,7 2,1 2,9 AFNOR NF G 38015<br />

Tabela 7


• Pressão<br />

1 Pa = 1N/m²<br />

1 Pa = 1,02 x 10 -5 Kgf/cm²<br />

100 kPa = 1,02 Kgf/cm² = 1 bar<br />

1 Mpa = 10,0 Kgf/cm²<br />

• Densidade<br />

1 N/m³ = 102 g/m³<br />

10 kN/m³ = 1,02 t/m³


9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS<br />

1. ASHAARI, Y. (1990). Aspects of the behavior of reinforced earth walls, PhD Thesis,<br />

University of Wollongong, Austrália;<br />

2. BOLTON, M. D. (1986). The strength and dilatancy of sands. Geotechnique 36, N-1, pag.<br />

65-78;<br />

3. BOWLES, J. E. (1977). Foundation analysis and design. McGraw-Hill Kogakusha Ltd., 750<br />

pag.;<br />

4. <strong>DE</strong>PARTMENT OF TRANSPORT (1978). Technical Memorandum BE 3/78 Reinforced Earth<br />

Retaining Walls and Bridge Abutments for Embankments;<br />

5. FANNIN. R. J. (1988). Soil reinforcement for Norwegian conditions. Na instrumented field<br />

study of the analysis and design of geogrid reinforced slopes. Norwegian Geotech. Inst.,<br />

NGI, Report Nº 52757-10;<br />

6. HERINGER, A. A. & PALMEIRA, E.M. (1988). Desenvolvimento de programas<br />

computacionais para a análise de estabilidade de estruturas do solo reforçado. I Enc. Eng.<br />

Civil, Universidade de Brasília, pag. 1-8;<br />

7. JEWELL, R. A. & MILLIGAN, G.W.E. SARSBY, R. W. & DUBOIS, D. (1984). Interaction<br />

between soil and geogrids. Proc. Symp. On Polymer Grid Reinforcement, ICE, London,<br />

paper 1.3;<br />

8. JOHN, N.W.M. (1987). Geotextiles. Blackie and Son Ltda., Glasgow, Uk, 347 pag.;<br />

9. KNUTSON, A. (1986). Reinforced soil block walls. Norwegian Road Research Laboratory<br />

Internal Report Nº 1292, Oslo;<br />

10. KOERNER, R. M. (1986). Designing with geosynthetics. Prentice-Hall, USA, 424 pag.;


11. MCGOWN, A., ANDRAWES, K. Z. & KABIR, M. H. (1982). Load-extension testing of<br />

geotextiles confined in-soil. 2 nd Int. Conf. Geotextiles, Las Vegas, USA, Vol. 3, pag. 793-798;<br />

12. MEYERHOF, G. G. (1953). The Bearing capacity of foundations under eccentric and<br />

inclined loads. 3 rd Int. Conf. Soil Mech. Fdn. Engng., vol. 1, pag. 440-445;<br />

13. MILLIGAN, G. W. E. & PALMEIRA, E. M. (1987). Prediction of bond between soil and<br />

reinforcement. Proc. Int. Symp. On Prediction and Performance in Geotech. Engng.,<br />

Calgary, Alberta, Canada, pag. 147-153;<br />

14. Moliterno, A. (1980). Caderno de muros de arrimo. Ed. Edgard Blucher Ltda., São Paulo,<br />

194 pag.;<br />

15. MURRAY, R. T. & BO<strong>DE</strong>N, J. B. (1979). Reinforced earth wall constructed with cohesive fill.<br />

Colloque Int. sur le Renforcement des Sols, Paris, Vol. II, pag. 569-577;<br />

16. PALMEIRA, E. M. (1981). Utilização de Geotêxteis como reforço de aterros sobre solos<br />

moles. Dissertação de Mestrado, Coppe/UFRJ, 282 pag.;<br />

17. PALMEIRA, E. M. (1987). The study of soil reinforcement interaction by means of large scale<br />

laboratory tests. D. Phil. Thesis, University of Oxford, 250 pag.;<br />

18. PALMEIRA, E. M. (1988). Programas computacionais para análise d estabilidade<br />

desenvolvidos na Universidade de Brasília, I Enc. Eng. Civil da UnB, Universidade de<br />

Brasília, pág. 9-19;<br />

19. PALMEIRA, E. M. & MILLIGAN, G. W. E. (1989). Scale and other factors affecting the<br />

results of pull-out tests of grids buried en said. Geotechnique, Vol. 39, Nº 3, pag. 511-524;<br />

20. PALMEIRA, E. M. & MILLIGAN, G. W. E. (1990). Large scale pull-out tests on geotextiles<br />

and geogrids. 4 th Int. Conf Geotextiles, Geomembranes and Related Products, The Hague,<br />

The Netherlands, Vol. 2, pag. 743-746;


21. PALMEIRA, E.M. (1990). Curso de reforço de solos: introdução a utilização de<br />

geossintéticos. Publicação nº GAPOO2A/90, Universidade de Brasília, 125 pág.;<br />

22. PALMEIRA, E. M., CUNHA, M. G. & RIBEIRO, E.S. (1990). Estudo em modelos de<br />

estradas vicinais reforçadas. IX COBRAMSEF, vol. 2, Salvador, Bahia, pág. 24-34;<br />

23. POULOS, H. G. & DAVIS, E. H. (1974). Elastic solutions for soil and rock mechanics. John<br />

Wiley & Sons Inc., New York;<br />

24. TERZAGHI, K. & PECK, R. B. (1967). Soil mechanics engineering practice. John Wiley &<br />

Sons;<br />

25. VESIC, A. (1975). Bearing capacity of shallow foundations. In: Foundation Engineering<br />

Handbook, Winterkorn, H. f. & Fang, H. Y., Vn Nostrand Heinhold Co., New York, pag. 121-<br />

147;<br />

26. WAWRYCHUCK, W. F. (1987). Two geogrid reinforced soil retaining walls. MSc Thesis,<br />

Royal Military College of Canada, Kingston, Ontario;1.

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