SOLO REFORCADO TALUDES E ESTRUTURAS DE ... - Impercia
SOLO REFORCADO TALUDES E ESTRUTURAS DE ... - Impercia
SOLO REFORCADO TALUDES E ESTRUTURAS DE ... - Impercia
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
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.