Dissertação - Carla de Resende - 2014
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁSESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA,ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL
ESTUDO DE GRAMPOS EM CORTINAS EM
SOLOS TROPICAIS NA CIDADE DEGOIÂNIA
CARLA DE RESENDE
D0093G14
GOIÂNIA2014
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CARLA DE RESENDE
ESTUDO DE GRAMPOS EM CORTINAS EMSOLOS TROPICAIS NA CIDADE DE
GOIÂNIA
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação emGeotecnia, Estruturas e Construção Civil da Universidade
Federal de Goiás como parte dos requisitos para obtenção dotítulo de Mestre em Engenharia Civil.
Área de Concentração: Geotecnia
Orientador: Prof. Dr. Maurício Martines Sales
D0093G14
GOIÂNIA2014
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DEDICATÓRIA
Aos meus pais, pelos ensinamentos e
a meu marido Theobaldo, pelo apoio e incentivo.
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AGRADECIMENTOS
A Deus.
Ao Prof. Maurício Martines Sales, orientador desta dissertação, exemplo de dedicação.
Agradeço a todas as oportunidades concedidas, ao conhecimento transmitido, ao incentivo,
motivação, paciência.
Ao Programa de Pós-Graduação da Universidade Federal de Goiás (UFG) e ao grupo de
professores de Geotecnia pela oportunidade de realizar esta pesquisa.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pelo apoio na
bolsa concedida.
A Brookfield, por disponibilizar a obra, equipe e viabilizar a realização dos trabalhos.
A Engesol, pela execução dos grampos e disponibilização de equipe técnica.
A BMS Engenharia pelo apoio com equipamentos e pessoal para realização dos ensaios de
arrancamento.
A Sete Engenharia, pelo incentivo de realizar o mestrado.
Aos funcionários, colegas e professores, do Departamento de Geotecnia da Universidade
Federal de Goiás, que colaboraram para a realização deste trabalho.
Aos funcionários e técnicos do Laboratório de Solos do Centro Universitário de Brasília-
UniCEUB, pelo apoio concedido.
A minha família, grande incentivadora dos meus estudos.
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C.RESENDE Resumo
RESUMO
Estruturas de contenção com utilização de grampos têm sido cada vez mais empregadas nasúltimas décadas com intuito de conter grandes escavações em diversas cidades brasileiras,incluindo Goiânia. Os grampos consistem em barras de aço introduzidas em perfuraçõesinclinadas ou horizontais de pequeno diâmetro e posterior injeção de calda de cimento, deforma a garantir a estabilidade de escavações verticais pelas forças de atrito desenvolvidas nocontato solo-grampo. Sendo assim, é fundamental o conhecimento deste atrito para odimensionamento destas contenções. Existem vários métodos de cálculo propostos pordiversos autores para o dimensionamento de grampos e verificação da estabilidade dessasestruturas. O objetivo principal deste trabalho foi o de revisar alguns desses métodos decálculo, realizar ensaios de arrancamento em campo e também ensaios em laboratório comamostras retiradas de uma obra com múltiplos subsolos, para avaliar as metodologias decálculo ou parâmetros que melhor se aplicam aos solos estudados da cidade de Goiânia.Dentre as diversas proposições para estimativa da tensão cisalhante média no contato solo-grampo (qs) aquelas baseadas em ensaio SPT que obtiveram melhores resultados nestetrabalho foram o limite inferior do gráfico proposto por Ortigão e Palmeira (1997), Springer(2006) e uma proposição baseada no Método Décourt e Quaresma (1978) para atrito lateralem estacas, com o ajuste adequado do parâmetro β. Outras proposições baseadas no tipo eparâmetros do solo que apresentaram bons ajustes foram Wong (1995) e Juran et al. (1990).Foram feitas comparações entre qs e a tensão cisalhante do solo (τ s) encontrando para esta
razão valores entre 0,55 e 0,85. Como foram realizadas leituras de deslocamentos tanto nafase de carregamento quanto na fase de descarregamento, notou-se que para pequenasaplicações de carga já acontecem deformações plásticas no grampo sendo recomendado noscasos de análises numéricas em grampos a adoção de modelos elasto-plásticos. As previsõesde deformações elásticas dos grampos, baseadas em teorias de estacas apresentou uma boaaproximação dos ensaios, que entretanto apresentaram relevante deformação plástica nosensaios realizados. Os resultados de ensaios de cisalhamento em amostras indeformadas dossolos foram comparados com os ensaios de arrancamento, indicando que o fator de reduçãodos resultados de laboratório é necessário.
Palavras-chave: Solo grampeado. Cortina Grampeada. Grampos. Ensaios de arrancamento.
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C.RESENDE Lista de Figuras
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Mecanismo de transferência de carga em solo grampeado (modificado,
ORTIGÃO ET AL., 1993)................................................................................................. 25
Figura 2.2 – Efeito do grampo na estabilidade: a tração e a flexão (modificado,
ORTIGÃO, 1997).............................................................................................................. 26
Figura 2.3 – Efeito da flexão em grampos de vários diâmetros (modificado, ORTIGÃO
ET AL., 1995).................................................................................................................... 27
Figura 2.4 – Resultados do estudo da flexão em grampos de vários diâmetros
(ORTIGÃO ET AL., 1995)................................................................................................ 27
Figura 2.5 – Aplicações do reforço de solos com grampeamento (ORTIGÃO ET AL.,
1993).................................................................................................................................. 27
Figura 2.6 – Detalhes de grampos mais comuns (ORTIGÃO ET AL., 1993)................... 29
Figura 2.7 – Correlação entre qs, Pl, Nspt, para areias (modificado, BUSTAMANTE;
DOIX, 1985)...................................................................................................................... 30
Figura 2.8 – Correlação entre qs, Pl, Nspt, para argilas e siltes (modificado,
BUSTAMANTE; DOIX, 1985)......................................................................................... 31
Figura 2.9 – Correlação entre qs e o índice Nspt (modificado, ORTIGÃO, 1997)............. 34
Figura 2.10 – Correlação entre qs e o índice Nspt (modificado, ORTIGÃO;PALMEIRA,
1997).................................................................................................................................. 34
Figura 2.11 – Resultado dos ensaios de arrancamento (PITTA; ZIRLIS, 2000)............... 38
Figura 2.12 – Curvas carga x deslocamento para grampos curtos (a) e longos (b)
(SILVA ET AL.,2008)....................................................................................................... 40
Figura 2.13 – Curvas carga x deslocamento para grampos com bainha (a) e bainha com
injeção (b) (SILVA ET AL., 2008).................................................................................... 40
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C.RESENDE Lista de Figuras
Figura 3.10 – Vista com grampos GM1 ao GM6 e reinjeção de calda de cimento no
grampo GM6...................................................................................................................... 61
Figura 3.11 – Modelo para realização dos ensaios de arrancamento (modificado,ORTIGÃO, 1997).............................................................................................................. 62
Figura 3.12 – Sistema montado para ensaio de arrancamento no grampo GM1............... 63
Figura 3.13 - Sistema montado para ensaio de arrancamento no grampo GM4................ 63
Figura 3.14 – Amostra indeformada na profundidade 8,50 m........................................... 65
Figura 4.1 – Curva Granulométrica para amostra na profundidade 3,50 m...................... 69
Figura 4.2 – Curva Granulométrica para amostra na profundidade 8,50 m...................... 70
Figura 4.3 – Fase de consolidação de uma amostra indeformada inundada...................... 72
Figura 4.4 – Tensão cisalhante x Deslocamento Horizontal, condição natural (silte
arenoso).............................................................................................................................. 73
Figura 4.5 - Tensão cisalhante x Deslocamento Horizontal, condição natural (areia
argilosa)............................................................................................................................. 73
Figura 4.6 - Envoltória de resistência das amostras retiradas na profundidade de 3,50 m 74
Figura 4.7 - Envoltória de resistência das amostras retiradas na profundidade de 8,50 m 74
Figura 4.8 – Gráfico Força x Deslocamento para 1ª. Linha de grampos........................... 76
Figura 4.9 - Gráfico Força x Deslocamento para 2ª. Linha de grampos............................ 77
Figura 4.10 - Gráfico Força x Deslocamento para 1ª. Linha de grampos (modificado).... 77
Figura 4.11 – Extrapolação da carga de ruptura do grampo GM2 utilizando-se Van Der
Veen (1953)....................................................................................................................... 78
Figura 4.12 – Gráfico de Rigidez para o grampo GM2 utilizando-se Van Der Veen
(1996)................................................................................................................................. 79
Figura 4.13 – Gráfico Força x Deslocamento do grampo GM2 com trechos medido e
extrapolado......................................................................................................................... 80
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C.RESENDE Lista de Figuras
Figura 4.14 - Comparação entre resultados obtidos e estimados para qs por Bustamante
e Doix (1985)..................................................................................................................... 82
Figura 4.15 – Resultados dos ensaios plotados no gráfico proposto por Ortigão ePalmeira (1997).................................................................................................................. 83
Figura 4.16 – Comparação entre resultados obtidos e estimados de qs para grampo
GM1................................................................................................................................... 84
Figura 4.17 – Comparação entre resultados obtidos e estimados de qs para grampo
GM2................................................................................................................................... 84
Figura 4.18 – Comparação entre resultados obtidos e estimados de qs para grampoGM3................................................................................................................................... 84
Figura 4.19 – Comparação entre resultados obtidos e estimados de qs para grampos
GM4 e GM6....................................................................................................................... 85
Figura 4.20 – Comparação entre resultados obtidos e estimados de qs para grampo
GM5................................................................................................................................... 85
Figura 4.21 – Correlação entre qs e τ s para o solo estudado ............................................. 89
Figura 4.22 – Deslocamento elástico e plástico do grampo GM1..................................... 91
Figura 4.23 – Deslocamento elástico e plástico do grampo GM2..................................... 92
Figura 4.24 – Deslocamento elástico e plástico do grampo GM3..................................... 92
Figura 4.25 – Deslocamento elástico e plástico do grampo GM4..................................... 92
Figura 4.26 – Deslocamento elástico e plástico do grampo GM5..................................... 93
Figura 4.27 – Deslocamento elástico e plástico do grampo GM6..................................... 93
Figura B.1 – Curva de calibração do manômetro.............................................................. 124
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C.RESENDE Lista de Tabelas
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Valores típicos de tensão cisalhante solo-grampo (modificado, JURAN
ET AL., 1990).................................................................................................................... 32
Tabela 2.2 – Valores estimados de qs para solos não coesivos (modificado, BYRNE ET
AL., 1996).......................................................................................................................... 33
Tabela 2.3 - Valores estimados de qs para solos coesivos (modificado, BYRNE ET
AL., 1996).......................................................................................................................... 33
Tabela 2.4 - Valores de β em função do tipo de estaca e solo (DÉCOURT, 1996).......... 37
Tabela 2.5 – Valores de qs para os grampos ensaiados por Pitta e Zilis (2000)................ 38
Tabela 2.6 – Resumo dos resultados obtidos nos ensaios de arrancamento (modificado,
SILVA ET AL., 2008)....................................................................................................... 40
Tabela 2.7 – Valores de qs para os grampos ensaiados por Souza et al. (2005)................ 41
Tabela 2.8 – Valores típicos do coeficiente de Poisson (TEIXEIRA;GODOY, 1996)..... 50
Tabela 2.9 – Valores médios obtidos nos ensaios com calda de cimento
(MAGALHÃES M., 2005)................................................................................................ 52
Tabela 4.1 – Frações granulométricas das amostras analisadas nas profundidades de
3,50 m e 8,50 m................................................................................................................. 70
Tabela 4.2 – Limites de consistência e massa específica dos grãos.................................. 71
Tabela 4.3 – Parâmetros de resistência do solo................................................................. 75
Tabela 4.4 – Comparação entre umidade e grau de saturação das amostras de areia
argilosa............................................................................................................................... 75
Tabela 4.5 – Valores de qs para os grampos ensaiados...................................................... 81
Tabela 4.6 – Comparação entre qs e τ s............................................................................... 88
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C.RESENDE Lista de Tabelas
Tabela 4.7 – Deformação elástica nos grampos................................................................ 91
Tabela A.1 – Ensaio de arrancamento GM1...................................................................... 102
Tabela A.2 – Ensaio de arrancamento GM2...................................................................... 104
Tabela A.3 – Ensaio de arrancamento GM3...................................................................... 108
Tabela A.4 – Ensaio de arrancamento GM4...................................................................... 110
Tabela A.5 – Ensaio de arrancamento GM5...................................................................... 116
Tabela A.6 – Ensaio de arrancamento GM6...................................................................... 120
Tabela B.1 – Leituras realizadas durante calibração do manômetro................................. 124
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C.RESENDE Lista de Abreviaturas e Siglas
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABEF – Associação Brasileira de Estruturas de Fundações
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
AR-01 – Ensaio de arrancamento 01 na cota 35m, executado por Silva (2005)
AR-04 - Ensaio de arrancamento 04 na cota 17,5m, executado por Silva (2005)
CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
CLOUTERRE – French National Project CLOUTERRE
CP II-E-32 – Cimento Portland do tipo composto com escória
E – Estaca
F.S – Fator de segurança
GM1 – Grampo 1 localizado na cota +97,43, entre estacas E221 e E222
GM2 – Grampo 2 localizado na cota +97,43, entre estacas E217 e E218GM3 – Grampo 3 localizado na cota +97,43, entre estacas E211 e E212
GM4 – Grampo 4 localizado na cota +94,94, entre as estacas E224 e E225
GM5 – Grampo 5 localizado na cota +94,94, entre as estacas E216 e E217
GM6 – Grampo 6 localizado na cota +94,94, entre estacas E212 e E213
IGU – L'injection globalement unique. Injeção em um único estágio
IRS - L'injection répétitive et sélective. Injeção em vários estágios
Manôm. - Manômetro
min - Minuto
MPa – Megapascal
M1-06 – Ensaio de arrancamento 06 na obra do Museu 1, executado por Springer (2006)
M1-08 - Ensaio de arrancamento 08 na obra do Museu 1, executado por Springer (2006)
M1-09 - Ensaio de arrancamento 09 na obra do Museu 1, executado por Springer (2006)
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C.RESENDE Lista de Abreviaturas e Siglas
M1-10 - Ensaio de arrancamento 10 na obra do Museu 1, executado por Springer (2006)
M1-12 - Ensaio de arrancamento 12 na obra do Museu 1, executado por Springer (2006)
M2-01 – Ensaio de arrancamento 01 na obra do Museu 2, executado por Springer (2006)N.A – Nível d’água
NBR – Norma Brasileira
pH – Potencial de hidrogênio
Prof. – Professor
PVC – Policloreto de vinila
RJ – Rio de Janeiro
SP - São Paulo
SPT – Standard Penetration Test
UFG – Universidade Federal de Goiás
UniCEUB - Centro Universitário de Brasília
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C.RESENDE Lista de Símbolos
LISTA DE SÍMBOLOS
a/c – Relação água e cimento
a – forma da curva carga versus recalque, Van Der Veen (1953)
c – Coesão do solo
cn – Coesão do solo para a condição natural
ci – Coesão do solo para a condição inundada
cm - Centímetro
cm2 – Centímetro quadrado
cm3 – Centímetro cúbico
d – Diâmetro da barra de aço
d g - Diâmetro do grampo
f cb – Resistência de aderência de cálculo entre a armadura e o concreto
f ctk,inf – Resistência à tração indireta do concreto
f yk – Resistência característica à tração do aço
g - Grama
kgf – Quilograma força
kN - Quilonewton
kPa – Quilopascal
kPa - Quilopascal
m – Metro
m2 – Metro quadrado
m3 – Metro cúbico
ml - Mililitro
mm - Milímetro
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C.RESENDE Lista de Símbolos
ql – Atrito lateral nas estacas, proposta por Décourt e Quaresma (1978)
qs – Tensão cisalhante média no contato solo-grampo
r – Medida radial do ponto onde se deseja conhecer o recalque
r o – Raio da estaca
r m – Máximo raio de influência da tensão cisalhante
t – tempo
w – deslocamento correspondente à carga P
wi – Umidade inicial da amostra de solo
w f – Umidade final da amostra de solo
wL – Limite de liquidez
wP – Limite de plasticidade
ws – Recalque do solo ao longo do fuste ou deslocamento devido atrito lateral no contato solo-
grampo
wt – Deslocamento elástico total do grampo
Aa – Área de aço da barra
Ac – Área da seção transversal do grampo
C a – Adesão solo-grampo
CA – Classe do aço
E a – Módulo de elasticidade do aço
E c – Módulo de elasticidade do concreto
E s – Módulo de elasticidade do solo
F o – Carga inicial do ensaio de arrancamento
F t – Carga de trabalho do grampo
G – Módulo cisalhante do solo
GPa – Gigapascal
IP – Índice de Plasticidade
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C.RESENDE Lista de Símbolos
ϕ - Correlação entre q s e τ s ρ g – Massa específica dos grãos
σc - Resistência à compressão da calda de cimento
σh - Tensão horizontal contra a superfície lateral da estaca
σt - Resistência à tração da calda de cimento
σn - Tensão normal
σvg - Tensão vertical no ponto médio do grampo
τ cb – Tensão cisalhante na barra de aço
τ l – Atrito lateral nas estacas
τ max – Tensão cisalhante máxima
τ o – Tensão cisalhante máxima na direção radial
τ s – Tensão cisalhante do solo
- Coeficiente de Poissonς - Fator que representa a resistência da estaca receptora a recalques
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C.RESENDE Sumário
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 22
1.1. OBJETIVOS DO TRABALHO ................................................................................... 23
1.2. ESTRUTURA DO TRABALHO ................................................................................. 23
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 25
2.1. EFEITOS DO PROCESSO DE INJEÇÃO ................................................................ 37
2.2. DISTRIBUIÇÃO DE CARGA NOS GRAMPOS ...................................................... 42
2.3.
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA DOS GRAMPOS ....................................................... 47
3. METODOLOGIA ......................................................................................................... 53
3.1. DESCRIÇÃO DO LOCAL .......................................................................................... 53
3.2.
DESCRIÇÃO DO SOLO .............................................................................................. 55
3.3. EXECUÇÃO DOS GRAMPOS ................................................................................... 56
3.4. ENSAIOS DE ARRANCAMENTO ............................................................................ 61
3.5. ENSAIOS DE LABORATÓRIO ................................................................................. 64
3.5.1. Granulometria ............................................................................................................... 66
3.5.2. Limites de Atterberg ..................................................................................................... 66
3.5.3. Massa Específica ........................................................................................................... 67
3.5.4. Cisalhamento direto ...................................................................................................... 67 4. RESULTADOS .............................................................................................................. 69
4.1. RESULTADOS DOS ENSAIOS LABORATORIAIS ............................................... 69
4.1.1. Granulometria ............................................................................................................... 69
4.1.2. Limites de Atterberg e Massa Específica .................................................................... 71
4.1.3. Cisalhamento direto ...................................................................................................... 72
4.2. RESULTADOS DOS ENSAIOS DE ARRANCAMENTO ....................................... 76
4.3. ANÁLISE DOS RESULTADOS .................................................................................. 78
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C.RESENDE Sumário
4.3.1. Comparação entre resultados obtidos e previstos por métodos empíricos .............. 81
4.3.2. Comparação entre resultados obtidos e de laboratório ............................................. 87
4.3.3. Deformação elástica dos grampos................................................................................ 89
4.3.4. Outras análises .............................................................................................................. 94
5. CONCLUSÃO ............................................................................................................... 95
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 98
APÊNDICE A ....................................................................................................................... 102
APÊNDICE B ........................................................................................................................ 124
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C.RESENDE Capítulo 1
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
O reforço de solos é uma técnica que tem sido utilizada nas últimas décadas com o intuito de
viabilizar a execução de obras geotécnicas que seriam inviáveis ou muito caras na situação
original. Dentre estas obras, pode-se citar estabilização de taludes e viabilização de grandes
escavações. Algumas das técnicas empregadas em obras com escavações são: aterros com
geossintéticos, solos grampeados e cortinas com tirantes. Dentre estes, destaca-se o solo
grampeado por sua empregabilidade apresentar-se em expansão em todo o mundo.
Um projeto desenvolvido na França entre os anos de 1986 e 1990, amplamente conhecido
como “Projeto Clouterre”, objetivou estudar o Solo Grampeado. Após 5 anos de estudos e
ensaios, onde fizeram parte deste projeto órgãos do governo francês, empresas de construção,
executores, laboratórios, universidades, foi editado um manual com informação sobre como
projetar, calcular, construir e avaliar solos grampeados, o que facilitou a disseminação desta
tecnologia para o público nacional e internacional.
Já na década de 70 os franceses tinham desenvolvido técnicas de muros em aterros reforçados
com tiras metálicas com face de placas de concreto pré-moldado, conhecidas como “Terra
Armée” (Terra Armada, também conhecida por Aterro Reforçado). Ainda na década de 70, os
franceses desenvolveram a técnica “terre clouée”, que foi denominada pelos ingleses de “Soil
Nailing”, no Brasil esta técnica é conhecida pelo nome de Solo Grampeado.
Nas últimas décadas têm-se utilizado cada vez mais o solo grampeado no Brasil. Nesta
técnica, uma malha de grampos é utilizada para estabilização de escavações e taludes. Nos
últimos anos, os grampos foram adaptados em estruturas de contenção tipo estacas justapostas
ou perfis metálicos, onde foram interligados a estas estruturas para auxiliar na estabilidade das
mesmas, sendo criada uma nova técnica de contenção denominada Cortinas Grampeadas. Esta
técnica se diferencia de solos grampeados pois nela os grampos por si só não estabilizam as
escavações, fazendo-se necessário sua associação a estruturas de contenção dimensionadas
para esta finalidade.
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D0093G14: Estudo de grampos em cortinas em solos tropicais na cidade de Goiânia 23
C.RESENDE Capítulo 1
No Brasil tem sido crescente a utilização de cortinas grampeadas nos grandes centros urbanos
de forma atender as construções residenciais e comerciais com número de pavimentos cada
vez maior e utilização de dois ou mais subsolos em suas obras e também para suprir a
demanda por vagas de garagem.
As cortinas grampeadas possuem algumas vantagens quando comparadas a obras de
contenção equivalentes por apresentarem baixo custo e alta velocidade de execução pois
trabalham com equipamentos leves e de fácil manuseio para perfuração e injeção, permitindo
alta velocidade de execução, consequentemente uma boa produção.
1.1. OBJETIVOS DO TRABALHO
Existem vários métodos de cálculo propostos por diversos autores para o dimensionamento de
grampos e verificação da estabilidade dessas estruturas. O objetivo principal deste trabalho foi
revisar alguns destes métodos de cálculo, realizar ensaios de arrancamento executados em
solos tropicais na cidade de Goiânia, avaliando a aplicabilidade de cada metodologia no tipo
de solo em questão.
Os objetivos específicos da pesquisa são:
♦ Obter parâmetros de resistência e caracterização do solo de uma obra com cortina
grampeada;
♦ Obter parâmetros de tensão cisalhante média no contato solo-grampo (qs) e a força
última/máxima do ensaio de arrancamento (Tmáx.).
1.2. ESTRUTURA DO TRABALHO
A dissertação foi estruturada de forma a dar uma visão sobre os conceitos e métodos de
cálculo utilizados para previsão do parâmetro de tensão cisalhante média no contato solo-
grampo (qs), apresentação dos resultados dos ensaios de laboratório e de campo, análise dos
resultados e conclusões. Os capítulos foram organizados da seguinte forma:
♦ Capítulo 1: Introdução: aborda o que será exposto no trabalho, incluindo os
objetivos principais e específicos e o detalhamento da estrutura do trabalho.
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D0093G14: Estudo de grampos em cortinas em solos tropicais na cidade de Goiânia 24
C.RESENDE Capítulo 1
♦ Capítulo 2: Revisão Bibliográfica: faz uma revisão de forma sucinta sobre as
proposições de alguns autores para estimativa do parâmetro de tensão cisalhante
média no contato solo-grampo (qs).
♦ Capítulo 3: Metodologia: traz as principais informações sobre a obra analisada e
os ensaios executados. Apresenta a metodologia adotada para a execução dos
ensaios de arrancamento e ensaios de laboratório.
♦ Capítulo 4: Resultados: Apresentação dos resultados obtidos nos ensaios de
laboratório e de arrancamento. Estudo comparativo entre os resultados obtidos e
previstos para os grampos.
♦
Capítulo 5: Conclusão: conclusões e sugestões para futuros trabalhos.
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C.RESENDE Capítulo 2
CAPÍTULO 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo são descritos os métodos propostos por alguns autores para os cálculos de
grampos e previsão do parâmetro de tensão cisalhante média no contato solo-grampo (qs).
O grampeamento do solo, conforme relata Ortigão et al. (1993), é uma técnica de reforço
obtido por meio da inclusão de elementos resistentes à flexão composta, denominados
grampos, que podem ser barras de aço, barras sintéticas de seção cilíndrica ou retangular,micro estacas, ou em casos especiais, estacas, no maciço de solo. Estes grampos são
instalados sub horizontalmente, de forma a introduzir esforços resistentes de tração e
cisalhamento, sendo este último, resultante da consideração de flexão composta nos grampos.
Kochen (2003) relata que este tipo de contenção tem sido bastante utilizado no Brasil desde o
início da década de 70.
Nos solos grampeados, como os grampos não possuem trecho livre, eles transferem tensões aosolo ao longo de todo o seu comprimento. A força máxima (Tmáx.) mobilizada ao longo do
grampo, apresentada na Figura 2.1, ocorre na interface entre as zonas ativa e resistente que
surge devido um pequeno deslocamento horizontal da face do maciço, causado pela escavação
lateral do terreno.
A zona ativa é uma região instável, sujeita a deslizamentos. Já na zona passiva ou
zona resistente, o maciço não apresenta movimentações significativas. Estas zonas
são delimitadas por uma superfície de ruptura, que é definida pela união dos pontosde força de tração máxima em cada grampo. (LIMA, 2009, p.16).
Figura 2.1 – Mecanismo de transferência de carga em solo grampeado (modificado, ORTIGÃO ET AL., 1993).
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Figura 2.3 – Efeito da flexão em grampos de vários diâmetros (modificado, ORTIGÃO ET AL., 1995).
Figura 2.4 – Resultados do estudo da flexão em grampos de vários diâmetros (ORTIGÃO ET AL., 1995).
A Figura 2.5(a) mostra um caso em que a aplicação de solo grampeado para estabilização de
taludes gera primordialmente esforços de cisalhamento no reforço. Já no caso da Figura
2.5(b), onde os grampos atuam na contenção de escavações, eles são fundamentalmente
solicitados à tração, podendo haver alguma contribuição de cisalhamento.
Figura 2.5 – Aplicações do reforço de solos com grampeamento (ORTIGÃO ET AL., 1993).
(a) (b)
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Nos últimos anos, os grampos foram adaptados em estruturas de contenção tipo estacas
justapostas ou perfis metálicos, onde foram interligados a estas estruturas para auxiliar na
estabilidade das mesmas, sendo criada uma nova técnica de contenção denominada Cortinas
Grampeadas.
As cortinas grampeadas se diferenciam de solos grampeados pois nelas os grampos por si só
não estabilizam as escavações, fazendo-se necessário sua associação a estruturas de contenção
dimensionadas para esta finalidade.
Apesar de ser uma técnica que vem sendo bastante utilizada nos últimos anos no Brasil, há
poucos relatos na literatura sobre cortina grampeada.
A estrutura de contenção em balanço tipo estacas justapostas grampeadas está sendo
bastante utilizada em Brasília devido a agilidade, economia, eficiência e praticidade.
(MEDEIROS et al., 2010, 8p).
Silva e Dell’Avanzi (2010) estudaram o comportamento de cortinas grampeadas a partir de
modelos reduzidos por ser uma técnica que vem sendo utilizada cada vez mais na cidade de
Curitiba.
Alguns autores, ao trabalharem com este tipo de contenção, buscam informação sobre
grampos e ensaios de arrancamento em estruturas de solo grampeado. Nas contenções em
cortinas grampeadas, os grampos atuam de forma semelhante ao proposto na Figura 2.5(b).
Com base no que foi exposto, os grampos serão analisados neste trabalho, como resistindo
apenas a esforços de tração, sendo desconsiderados os efeitos de flexão.
Ainda segundo Ortigão et al. (1993), a técnica mais comum para execução de grampos é a
perfuração do terreno com diâmetro entre 50 mm a 100 mm onde introduz-se uma ou duasbarras de aço com diâmetro entre 13 mm e 20 mm, ilustrado na Figura 2.6(b) ou uma barra
com diâmetro maior que 20 mm, caso da Figura 2.6(a), seguido de injeção de calda de
cimento com pressões baixas, inferiores a 100 kPa.
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Figura 2.6 – Detalhe de grampos mais comuns (ORTIGÃO ET AL., 1993).
Uma propriedade muito importante no sistema de contenção em cortina grampeada é a tensão
cisalhante média desenvolvida na interface entre o grampo e o solo circundante (qs). Aquantificação deste parâmetro, segundo Silva et al. (2008), é de extrema importância para
projetos mais seguros e econômicos uma vez que estes tipos de reforços trabalham
basicamente à tração. Desta forma, quanto maior o valor de qs melhor será o desempenho do
grampo na estabilidade do sistema.
Diversos pesquisadores têm apresentado métodos analíticos e diferentes correlações empíricas
e semi empíricas baseadas em ensaios de campo e laboratório. A grande dificuldade
encontrada por estes pesquisadores é a de se determinar o valor de qs, desta forma, é de
extrema importância a realização de ensaios de arrancamento para previsão deste parâmetro.
No Brasil não há norma que regulamente a realização dos ensaios de arrancamento em
grampos. A partir destes ensaios é possível determinar o valor de qs por meio da Equação
(2.1).
= á.. . (2.1)
onde:
qs = tensão cisalhante média na interface solo-grampo (kPa);
T máx. = carga última/máxima do ensaio de arrancamento (kN);
d g = diâmetro do grampo (m);
(a) (b)
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L= comprimento do grampo no trecho injetado (m).
Quando no ensaio de arrancamento atinge-se a ruptura no contato solo-grampo, o qs obtido
neste ensaio é a tensão cisalhante média última. Nos casos de ensaios onde a ruptura do solonão é atingida, o qs obtido é a tensão cisalhante média máxima mobilizada no ensaio.
Vários fatores podem influenciar a tensão cisalhante de interface, sendo os principais:
♦ Variabilidade do solo;
♦ Método construtivo do grampo (escavado, perfuração rotativa, hélice, etc.);
♦ Variações físicas e geométricas dos grampos (tipo da barra de aço, inclinação do
reforço, diâmetro do grampo, injeções ou não de calda de cimento, etc);
♦ Níveis de tensões atuantes.
Bustamante e Doix (1985), após a realização de diversos ensaios de arrancamento em
ancoragens com somente um estágio de injeção (IGU) e vários estágios de injeção (IRS),
diâmetros das ancoragens variando entre 75 mm e 242 mm, apresentam seus resultados
plotados em um gráfico que correlaciona qs com a pressão limite do pressiômetro de Ménard
(Pl) e com o índice de resistência à penetração Nspt. Os gráficos estão separados por tipo desolo, a Figura 2.7 apresenta os resultados dos ensaios em areia e a Figura 2.8 os resultados dos
ensaios em argilas e siltes.
Figura 2.7 – Correlação entre qs, Pl, Nspt, para areias (modificado, BUSTAMANTE; DOIX, 1985).
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Analisando os gráficos das Figura 2.7 e 2.8 nota-se uma dispersão grande dos resultados. Esta
dispersão pode ser devido a heterogeneidade dos solos onde as ancoragens foram executadas.
Os autores ressaltam a importância de ensaios de arrancamento no local da obra e que as
correlações propostas são válidas apenas para os solos estudados.
Figura 2.8 – Correlação entre qs, Pl, Nspt, para argilas e siltes (modificado, BUSTAMANTE; DOIX, 1985).
Wong (WONG, 19951, citado por CHU e YIN, 2005) propôs a Equação (2.2) para calcular a
carga de arrancamento por metro linear de grampo. A primeira parcela da equação
corresponde à resistência por adesão do grampo por metro linear e a segunda parcela à
resistência ao atrito por metro linear de grampo. A adesão corresponde à resistência inicial da
ancoragem antes do deslizamento e o atrito é a resistência desenvolvida após os primeiros
deslizamentos.
onde:
T L = carga última/máxima de arrancamento por metro linear de grampo (kN/m);
d g = diâmetro do grampo (m);
1WONG, H.Y., Soil Nails Design Manual for Slopes (with Worked Example), Architectural Services Departament , [s.l], [s.n], 1995.
= . . ! 2 . . "#.$%&φ' ( = á. (2.2)
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c = coesão do solo (kPa);
σ vg= tensão vertical no ponto médio do grampo (kN/m2);
φ = ângulo de atrito interno do solo (o);
T máx. = carga última/máxima do ensaio de arrancamento (kN);
L = comprimento do grampo no trecho injetado (m).
A metodologia apresentada por Juran et al. (1990), conhecida como Método Cinemático, é
uma proposta para o cálculo de solo grampeado. Parte desta metodologia trata da questão
referente ao dimensionamento do comprimento de ancoragem do grampo. Faz-se necessário,
para tanto, o conhecimento da tensão cisalhante no contato entre solo e grampo. A Tabela 2.1
fornece valores típicos de tensão cisalhante solo-grampo propostos pelos autores. Os autores
afirmam que o ideal nestes casos é a realização prévia, ou no início e ao longo da obra, de
ensaios de arrancamento.
Tabela 2.1-Valores típicos de tensão cisalhante solo-grampo (modificado, JURAN ET AL.,1990).
Método Construtivo Tipo de solo Tensão cisalhante solo-grampo (kPa)Perfuração rotativa Areia Siltosa 95-191
Silte 57-76Residual (Peidmont) 71-119
Coluvionar fino 71-143
Coluvionar grosseiro 95
Areia/pedregulho 287-430
Perfuração encamisada Areia 287
Areia/pedregulho 191-239
Pedregulho 287-430
Moraine densa 383-574
Coluvionar 95-191
Hélice Areia 383
Areia/pedregulho 957
Escavada Areia siltosa 19-28
Areia siltosa fina 81-105
Areia silto-arenosa 119-239
Argila mole 19-28
Argila dura 38-57
Silte arenoso 38-95
Calcário argilo-arenoso 191-287Perfuração encamisada Silte arenoso 86-143
Perfuração rotativa Argila siltosa 33-45
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Byrne et al. (1996) sugerem alguns valores para serem utilizados, na ausência de ensaios de
arrancamento, como estimativas iniciais para o parâmetro qs, tanto para solos coesivos quanto
para solos não coesivos, conforme apresentado nas Tabelas 2.2 e 2.3 respectivamente.
Tabela 2.2-Valores estimados de qs para solos não coesivos (modificado, BYRNE ET AL.,1996).
Tipo de solo qs (kPa)
Silte não plástico 20 a 30
Areia pouco compacta e/ou
Areia siltosa e Silte arenoso50 a 75
Areia siltosa compactac/pedregulhos
80 a 100
Areia siltosa muito compacta c/
pedregulho
120 a 240
Tabela 2.3-Valores estimados de qs para solos coesivos (modificado, BYRNE ET AL.,1996).
Tipo de solo qs (kPa)
Argila rija 40 a 60
Argila siltosa rija 40 a 100
Argila arenosa rija 100 a 200
A Equação (2.3) foi proposta por Ortigão (1997), com base em ensaios de arrancamento
realizados em São Paulo, Rio de Janeiro e Brasília. Os grampos ensaiados foram executados
em furos com diâmetros variando entre 75 mm e 150 mm com injeção de calda de cimento
sem pressão. Esta proposição correlaciona os resultados dos ensaios de arrancamento com o
índice Nspt do ensaio SPT (Standard Penetration Test ), podendo ser útil para uma estimativa
preliminar do desempenho dos grampos.
= ) * ! + , ) / 0 ( %4 (2.3)
onde:
qs = tensão cisalhante média na interface solo-grampo (kPa);
N spt. = número de golpes do ensaio SPT
São apresentados na Figura 2.9 os resultados dos ensaios de arrancamento usados para
construir a correlação em Ortigão (1997). O autor também ressalta que os resultados
apresentam uma dispersão grande em função dos diferentes procedimentos empregados para
execução dos grampos.
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0
100
200
300
400
0 10 20 30 40
q s ( k P a )
Nspt
Silte arenoso, SPArgila arenosa, RJ
Argila porosa de Brasília
Siltes (ardósia) Águas Claras,DF
Silte arenoso, SPRelação sugeridaqs = 50 + 7.5 Nspt
qs = 98 + 8. 4Nspt (r2 = 0.51)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1 10
q s
( k P a )
N spt
Argila porosa, Brasília
Silte (saprólito de ardósia),Brasília
Silte arenoso, São Paulo
Silte arenoso, São Paulo
Silte arenoso, Rio de Janeiro
qs = 67 + 60 ln( N spt )
r2 = 0 624
limite inferior sugerido
90% limiteinferior deconfiança
Figura 2.9 – Correlação entre qs e o índice Nspt (modificado, ORTIGÃO,1997).
Ortigão e Palmeira (1997), a partir de novos ensaios de arrancamento, apresentados na Figura
2.10, sugeriram uma correlação de qs com N spt , apresentada na Equação (2.4). Esta
proposição é válida para estimativa de qs com base no N spt dos solos estudados em particular,
devendo ser confirmados com ensaios de arrancamento realizados posteriormente.
Figura 2.10 – Correlação entre qs e o índice Nspt (modificado, ORTIGÃO; PALMEIRA,1997).
= 5+!5*.6&0-/4 (qs em kPa) (2.4)
Em função da grande dispersão dos resultados apresentados na Figura 2.10, os autoressugerem as retas que delimitam o limite inferior de qs para os resultados apresentados.
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Com base em retro análises de vários ensaios de arrancamento realizados em obras na região
do Distrito Federal, Martins (2012) propôs a Equação (2.5) para o cálculo dos comprimentos
dos grampos, com diâmetros de perfuração de 0,10 e 0,15 m. A equação proposta é baseada
no Método de Teixeira, concebida para tirantes passivos. O autor propõe que a adesão solo-
grampo seja calculada com base em resultados do ensaio SPT, conforme apresentado na
Equação (2.6).
= 78á9.:,;:[email protected] (2.5)
onde:
L p = comprimento do grampo atrás da provável superfície de ruptura (m);
T máx. = carga última/máxima do ensaio de arrancamento (kN);
d g = diâmetro do grampo (m);
C a = adesão solo-grampo (kPa);
N spt. = número de golpes do ensaio SPT;
K = fator de correção de tirante ativo para grampo (K = 0,531 para d g = 0,10m e K = 0,354
para d g = 0,15m).
FG =31,2)!H,5I -/ 0FG ( %4 (2.6)
Como nesta pesquisa a maioria das proposições estão calculadas em relação ao parâmetro qs,
a equação proposta por Martins (2012) será reorganizada e apresentada na Equação (2.7), em
função do cálculo deste parâmetro.
= *,I*.FG. -/. J 0 ( %4 (2.7)
Nos grampos os esforços são transferidos ao solo por meio do atrito desenvolvido no contato
solo-grampo, esta transferência é semelhante ao atrito lateral desenvolvido nas estacas.
Há na literatura métodos teóricos e semiempíricos para estimar o atrito lateral em estacas.
Entre os métodos teóricos será apresentado o método proposto por Veloso e Lopes (2010).
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Segundo Velloso e Lopes (2010), o atrito lateral nas estacas é analisado de forma análoga à
resistência ao deslizamento de um sólido em contato com o solo. Desta forma, este atrito pode
ser calculado por meio da Equação (2.8).
KL = % ! "M. tNnO (2.8)
onde:
τ l = atrito lateral nas estacas (kPa);
a = aderência entre a estaca e o solo (kPa);
σ h = tensão horizontal contra a superfície lateral da estaca (kN/m2);
O = ângulo de atrito entre a estaca e o solo (o);
Os parâmetros de coesão e ângulo de atrito podem ser determinados a partir de ensaios de
resistência ao cisalhamento, realizados em laboratório.
Alguns autores propuseram métodos semiempíricos para calcular o atrito lateral unitário em
estacas utilizando os resultados dos ensaios SPT. Dentre estes métodos destaca-se o métodoproposto por Décourt e Quaresma (1978) por ser bastante difundido e utilizado na prática da
engenharia.
Inicialmente, Décourt e Quaresma (1978) propuseram a Equação (2.9) para o cálculo de ql de
uma estaca padrão e posteriormente Décourt (1996) alterou esta equação, acrescentando o
coeficiente β, a fim de estender os cálculos da estaca padrão para outros tipos de estaca. Os
valores de β estão definidos na Tabela 2.4 e variam em função do tipo de estaca e tipo de solo.
A nova proposta de ql está definida na Equação (2.10).
L = P1* . Q-/
3 ! 1RS(2.9)
L = P1* . Q-/
3 ! 1RS .T(2.10)
onde:
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ql = atrito lateral nas estacas (kPa);
β = coeficiente adotado em função do tipo de estaca e tipo de solo.
Tabela 2.4 – Valores de β em função do tipo de estaca e solo (DÉCOURT, 1996).
Tipo de estaca
Tipo de soloEscavada em
geralEscavada
(bentonita)Hélice
contínuaRaiz
Injetadas sobaltas pressóes
Argilas 0,80 0,90* 1,00* 1,50* 3,00*
Solos intermediários 0,65 0,75* 1,00* 1,50* 3,00*
Areias 0,50 0,60* 1,00* 1,50* 3,00*
*valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis.
Como o grampo trabalha de forma semelhante a uma estaca submetida à tração, a tensão
cisalhante média desenvolvida entre o grampo e solo (qs) é similar ao atrito lateral
desenvolvido por uma estaca (τ l e ql), sendo assim é feito na parte de Análise de Resultados
uma comparação entre os resultados de qs obtidos nos ensaios e os previstos para atrito lateral
por meio da Equação (2.10).
2.1. EFEITOS DO PROCESSO DE INJEÇÃO
Um fator importante durante a execução dos grampos é a injeção da calda de cimento. Com o
intuito de estudar e avaliar o efeito desta injeção, Pitta e Zirlis (2000) executaram ensaios de
arrancamento em grampos com e sem injeção em dois tipos de solo: silto argiloso e argilo
arenoso.
A primeira etapa de preenchimento do grampo, denominada bainha, é realizada sem pressão
de injeção, apenas para preenchimento do furo com a calda de cimento e inserção daarmadura. Após o início de cura desta calda, faz-se uma ou mais reinjeções de calda de
cimento, sob pressão, através de válvulas que permitem a reinjeção com um fluxo, em sentido
único, do fundo para a boca do furo.
Os grampos ensaiados no trabalho de Pitta e Zirlis (2000) foram perfurados com diâmetro de
75mm, inclinação de 5o com a horizontal. Tanto a bainha quanto a injeção foram executadas
com calda de cimento fator água/ cimento (a/c) igual a 0,50 (em peso). A barra de aço
utilizada foi CA 50 diâmetro 20 mm, com comprimentos de 4,0m no solo silto argiloso e 6,0
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m no solo argilo arenoso. Os resultados dos ensaios realizados por estes autores estão
apresentados na Figura 2.11.
Com base nos resultados obtidos nestes ensaios, é apresentado na Tabela 2.5 os valores de qs para cada grampo. Para este cálculo foi utilizada a Equação (2.1), onde o diâmetro do furo foi
considerado o nominal e o valor de Tmáx. o valor da carga de ruptura obtida nos ensaios.
Figura 2.11 – Resultado dos ensaios de arrancamento (PITTA; ZIRLIS, 2000).
Tabela 2.5-Valores de qs para os grampos ensaiados por Pitta e Zirlis (2000).
Solo/L Grampo Carga de qs (kPa) Média de qs
S i l t o a r g i l o s o L = 4 , 0 m
Só bainha
1 77 82
82
2 77 823 84 894 77 825 70 746 77 82
Bainha +
1 fase deinjeção
7 119 1261268 112 119
9 119 12610 126 134
A r g i l o a r e n o s o L = 6 , 0 m
Só bainha
1 98 69
713 98 695 105 747 105 749 98 69
Bainha +
1 fase deinjeção
2 161 114
1084 147 1046 161 1148 140 9910 154 109
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A análise dos resultados mostra um ganho médio em torno de 50% na capacidade de
aderência solo-grampo, ao comparar grampos injetados e não injetados. Nota-se também que
os grampos com comprimentos menores tiveram resultados melhores que os grampos
maiores, talvez em função da alteração do tipo de solo.
Após os ensaios, o talude foi escavado e os grampos ficaram expostos, constatando-se que as
fissuras e vazios do solo próximo ao contato foram preenchidos pela injeção, promovendo
desta forma o seu adensamento. Os autores concluíram portanto, que ao injetar um grampo,
além das melhorias na capacidade de aderência do mesmo, são propiciadas melhorias como
adensamento do solo e colagem de fissuras.
Outro estudo realizado com o intuito de analisar e estudar o efeito da injeção na aderência
solo-grampo foi desenvolvido por Silva et al. (2008). Os ensaios foram realizados em um solo
residual jovem na região de Santo André-SP, com Nspt variando entre 3 e 9 golpes. Foi
utilizado o procedimento de lavagem no furo, perfurado com 75 mm de diâmetro e inclinação
média de 10º com a horizontal. As barras de aço utilizadas foram CA 50, diâmetro 25 mm
com comprimentos de 3,0 m (grampos curtos) ou 6,0 m (grampos longos), já descontados os
trechos livre e de arrancamento.
Os autores instrumentaram os grampos com extensômetros elétricos, distribuídos ao longo
dos comprimentos. No total foram executados dois grampos curtos, somente bainha
(nomeados A e B), um grampo curto, bainha com uma fase de injeção (D), um grampo longo
somente bainha (C) e um grampo longo com bainha e uma fase de injeção (E). As Figuras
2.12 e 2.13 apresentam as curvas carga versus deslocamento obtidas a partir dos ensaios
realizados e a Tabela 2.6 um resumo dos resultados obtidos.
Os resultados dos grampos curtos, Figura 2.12(a), e longos, Figura 2.12(b), estão apresentadosde forma separada na Figura 2.12 para analisar a influência das duas diferentes metodologias
executivas. Na Figura 2.13 as metodologias estão separadas em somente bainha, Figura
2.13(a) e bainha com uma fase de injeção, Figura 2.13(b), para avaliar o efeito do
comprimento dos grampos no parâmetro qs.
Os autores ressaltam que o grampo E, por limitações impostas no conjunto macaco-bomba e
aparecimento de trincas ao longo da face da reação, não atingiu a carga máxima do solo até o
último estágio do carregamento.
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Souza et al. (2005), a fim de estudar o comportamento dos grampos para mais de uma fase de
injeção, executaram 12 grampos na cidade de São Paulo, com as seguintes características:
diâmetro de perfuração φ 0,075 m L=6,0 m, aço CA 50 diâmetro16 mm, com inclinação de
10º com a horizontal, fator a/c=0,50 em um solo residual de silte arenoso, Nspt variando entre
3 e 6 golpes.
Do total de 12 grampos, 04 foram executados somente com bainha, 04 com bainha mais uma
fase de injeção e 04 com bainha e duas fases de injeção. Neste estudo, os grampos foram
executados de forma semelhante até a fase de preenchimento das bainhas.
Após a execução dos grampos, houve exumação de dois grampos de cada grupo, executados
por metodologias diferentes, para verificar o comportamento dos grampos para diferentes
fases de injeção. Os demais grampos foram ensaiados à tração e com base nos resultados
obtidos é mostrado na Tabela 2.7 o valor de qs para cada grampo. O valor de qs foi
determinado por meio da Equação (2.1), sendo o diâmetro do furo adotado o nominal e o
valor de Tmáx, a carga total obtida em cada ensaio.
Tabela 2.7 - Valores de qs para os grampos ensaiados por Souza et al. (2005).
Grampo Injeção Carga total(kN)
Carga totalmédia (kN)
qs (kPa)
7
Bainha
50,1
43,9 31,08 37,6
12 Bainha +
1 fase deinjeção
100,078,2 55,3
10 56,4
9 Bainha +
2 fases de
injeção
62,769,0 48,8
11 75,2
Quanto à exumação dos grampos e resultados dos ensaios de tração, os autores constaram:
♦ Presença de vazios detectada em grande parte do furo onde foram executados
somente bainha, em decorrência da exsudação da calda de cimento que não
reconstitui totalmente o desconfinamento do solo provocado pela perfuração;
♦
Onde houve injeção, após a bainha, os vazios causados pela exsudação da caldaforam preenchidos, melhorando as características geológicas-geotécnicas do maciço;
-
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C.RESENDE Capítulo 2
♦ As fases de injeção resultaram em melhorias das condições do maciço que podem
ser confirmadas pelos resultados dos ensaios de arrancamento, que comparados à
fase de bainha, apresentaram aumentos entre 57% e 78%.
Com o intuito de pesquisar a influência da reinjeção da calda de cimento, lavagem do furo e
tempo de cura da calda no parâmetro qs, Springer (2006) realizou 25 ensaios de arrancamento
em solo residual jovem e maduro de gnaisse na cidade de Niterói, RJ. Os grampos foram
executados com inclinação de 10º, diâmetros de 75mm ou 100mm com um trecho livre de
1,0m seguido de um trecho injetado de 3m com calda de cimento fator a/c = 0,60.
Com base nos resultados dos ensaios de arrancamento, Springer (2006) conclui que os
grampos reinjetados em solo residual maduro apresentaram, em média, valor de qs 37%
superior aos grampos sem reinjeção e em solo residual jovem este valor chegou a 27%. A
lavagem do furo forneceu uma resistência maior para os grampos quando comparado como os
furos secos; nos grampos reinjetados esta diferença foi 5% maior e nos grampos sem
reinjeção a diferença foi maior em 27%. Com relação ao tempo de cura da calda de cimento
para realização dos ensaios de arrancamento, foi constatado que não houve aumento
significativo de qs para o tempo de cura de 10 dias quando comparado com os resultados de 3
dias, sendo recomendado pela autora, que o tempo para realização dos ensaios dearrancamento nas obras seja reduzido de forma a reduzir custos.
Springer (2006), ao comparar os valores de qs obtidos com correlações empíricas propostas
por alguns autores, encontrou resultados conservadores e outros superestimados. A Equação
(2.11) é a que representa o melhor ajuste com os resultados obtidos pela autora, por apresentar
uma menor dispersão em relação aos resultados encontrados.
2.2. DISTRIBUIÇÃO DE CARGA NOS GRAMPOS
Como os grampos neste trabalho não foram instrumentados buscou-se conhecer como é feita a
distribuição de cargas nos grampos com base em pesquisas onde os mesmos foram
instrumentados.
= H),12.6&-/' U1H,II 0 ( %4 (2.11)
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0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
C a r g a ( k N )
Comprimento (m)
M1-06
180kN
152kN
136kN
114kN
91kN
43kN
68kN
20kN
0
25
50
75
100
125
150
175
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
C a r g a ( k N )
Comprimento (m)
M2-01
172kN151kN
136kN
106kN
90kN
68kN
44kN
22kN
Autores como Springer (2006) e Silva (2005) instrumentaram os grampos em suas pesquisas
com extensômetros elétricos que permitiram verificar a distribuição dos carregamentos
durante a realização dos ensaios.
As Figuras 2.14 a 2.19 apresentam os resultados das instrumentações de grampos executados
em campo por Springer (2006). Estes grampos foram executados em solo residual de gnaisse
e possuem 1,0m de trecho livre e 3,0m de trecho injetado (bainha e uma fase de injeção), com
diâmetros de perfuração de 0,10m, com exceção do grampo M2-01 que possui diâmetro de
0,075m.
Figura 2.14 – Distribuição de carga ao longo do grampo M1-06 (modificado, SPRINGER, 2006).
Figura 2.15 – Distribuição de carga ao longo do grampo M2-01 (modificado, SPRINGER, 2006).
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25
50
75
100
125
150
175
200
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
C a r g a ( k N )
Comprimento (m)
M1-08
208kN
184kN
157kN
132kN
106kN
54kN
23kN
81kN
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
C a r g a ( k N )
Comprimento (m)
M1-12
129kN
112kN
97kN
80kN
65kN
48kN
34kN
13kN
0
50
100
150
200
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
C a r g a ( k N )
Comprimento (m)
M1-09
201kN
176kN
150kN
125kN
99kN
68kN
53kN
23kN
Figura 2.16 – Distribuição de carga ao longo do grampo M1-12 (modificado, SPRINGER, 2006).
Figura 2.17 – Distribuição de carga ao longo do grampo M1-08 (modificado, SPRINGER, 2006).
Figura 2.18 – Distribuição de carga ao longo do grampo M1-09 (modificado, SPRINGER, 2006).
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0
20
40
60
80
100
120
140
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
C a r g a ( k N )
Comprimento (m)
AR-01
117kN
102kN
92kN
70kN
56kN
49kN
30kN
15kN
0
2040
60
80
100
120
140
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
C a r g a ( k N )
Comprimento (m)
AR-04
124kN
121kN
107kN
94kN
84kN
59kN
44kN
27kN
7kN
Figura 2.20 – Distribuição de carga ao longo do grampo AR-01 (modificado, SILVA, 2005).
Figura 2.21 – Distribuição de carga ao longo do grampo AR-04 (modificado, SILVA, 2005).
A forma de distribuição de carga observada por Silva (2005) foi a mesma observada por
Springer (2006), ou seja, o diagrama de transferência de carga ao grampo é do tipo triangular.
Utilizando os resultados apresentados nas Figuras 2.14 a 2.21, foram feitos estudos sobre adistribuição da tensão cisalhante média qs ao longo do grampo.
Nestes estudos foram utilizadas as cargas e deslocamentos referentes a 25% 50% 75% e 100%
das cargas máximas obtidas nos ensaios. De forma a exemplificar o resultado desta análise, é
apresentado na Figura 2.22 a distribuição da tensão cisalhante média qs ao longo do grampo
M1-08.
A tensão cisalhante apresentada na Figura 2.22 é a tensão média no trecho entre duas leituras
consecutivas dos extensômetros elétricos. Esta tensão média está apresentada graficamente no
ponto médio do intervalo considerado.
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C.RESENDE Capítulo 2
Considerando a carga máxima obtida no ensaio, têm-se uma tensão cisalhante média para o
grampo M1-08 de 220kPa. Analisando a Figura 2.22 nota-se que no trecho inicial do grampo
essa tensão cisalhante é maior do que a média, em alguns trechos chega a 50% do valor
médio, voltando a aumentar no trecho final do grampo. Conclui-se portanto, que a
distribuição da tensão cisalhante qs não é uniforme ao longo do grampo.
Para cargas menores a tensão cisalhante no trecho final deste grampo é cerca de 40% menor
do que a tensão cisalhante no trecho inicial do grampo. Para a carga máxima mobilizada no
ensaio percebe-se um aumento no valor da tensão cisalhante tanto no trecho final do grampo
quanto no trecho inicial do mesmo.
Figura 2.22 – Distribuição de qs ao longo do grampo M1-08 (SPRINGER, 2006).
2.3. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA DOS GRAMPOS
Os grampos quando tracionados se comportam de forma similar a uma estaca quando
submetida a aplicação de uma carga axial, mobilizando tensões cisalhantes ao longo do seu
fuste.
A carga nas estacas é transferida ao solo tanto pela base quanto pelo fuste e ao transferir estes
esforços ao solo, geram deformações no mesmo, resultando em recalques nas estacas.
0
100
200
300
400
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
q s
( k P a )
Comprimento do grampo
M1-08
100% Tmax. 75% Tmax 50% Tmax 25% Tmax
qs médio para 100% Tmáx.
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C.RESENDE Capítulo 2
Randolph e Wroth (1978) estudaram a transferência de carga da estaca para o solo dividindo
os esforços em duas partes, uma ao longo do fuste e a outra na base, conforme mostrado na
Figura 2.23.
Figura 2.23 – Modelo de transferência proposto por Randolph e Wroth (VELLOSO;LOPES, 2010)
Como a intenção é estudar o deslocamento elástico de um grampo de forma similar ao
recalque de uma estaca, é apresentado na Figura 2.24 apenas a distribuição das tensões
cisalhantes tomadas no meio da profundidade das estacas e que geram recalques devido aestas tensões. Não será apresentado neste trabalho as formulações para o cálculo do recalque
na base da estaca.
Figura 2.24– Distribuição da tensão cisalhante na direção radial da estaca (modificado, RANDOLPH;WROTH,1978).
A carga total transferida pela estaca ao solo ao longo do fuste e o recalque do fuste são
calculados por meio das Equações (2.12) e (2.13) respectivamente.
dw
dr
KV = WXW . KX
Y = ZV
[ = KVY
Q
Le
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C.RESENDE Capítulo 2
onde:
\ s = carga transferida pela estaca ao solo através do fuste (kN);
r ] = raio da estaca (m);
τ o= tensão cisalhante máxima na direção radial (kN/m2);
^ e = comprimento da estaca (m);
_ s = recalque do solo ao longo do fuste (m);
` = módulo cisalhante do solo (kN/m2);
As Equações (2.14) e (2.15) apresentam o cálculo de ς e a expressão que combina as
Equações (2.12) e (2.13) respectivamente.
Utilizando a Equação (2.15) pode-se calcular o deslocamento do grampo devido o atrito
lateral desenvolvido no contato solo-grampo de forma semelhante ao recalque do fuste da
estaca.
Sendo o valor de G calculado pela Equação (2.16) proposta pela Teoria da Elasticidade.
a =2WXKXb (2.12)
c = d Y VV8V
= d KX[V8
VW:W V = K
XW:[ ς (2.13)
ς = 6 & QWWX R f 6 & Q2,)b0 1 U
WX R (2.14)
ag
cg= 2b[
ς (2.15)
` = h2.0 1! 4 (2.16)
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C.RESENDE Capítulo 2
onde:
E s = módulo de elasticidade do solo (kN/m2);
= coeficiente de Poisson
Na ausência de ensaios e em etapas de anteprojeto, o valor do módulo de elasticidade do solo
( E s) pode ser definido utilizando-se a correlação proposta na Equação (2.17) que correlaciona
o módulo de elasticidade do solo com o valor do Nspt. Esta equação foi utilizada no trabalho
de Magalhães P. (2005) e o mesmo conclui após várias retro análises numéricas de provas de
carga sua aplicabilidade para os solos de Brasília e Goiânia.
Foi adotado neste trabalho o valor do coeficiente de Poisson igual a 0,3, valor este entre os
valores típicos sugeridos por Teixeira e Godoy (1996) e apresentados na Tabela 2.8.
Tabela 2.8 – Valores típicos do coeficiente de Poisson (TEIXEIRA;GODOY, 1996)
Solo
Areia pouco compacta 0,2
Areia compacta 0,4
Silte 0,3-0,5
Argila saturada 0,4-0,5
Argila não saturada 0,1-0,3
A fim de obter o deslocamento elástico total do grampo devido a aplicação de uma força de
tração na cabeça deste, faz-se necessário acrescentar ao deslocamento do grampo devido o
atrito lateral (ws) o alongamento da barra de aço (∆l). A relação linear entre tensão e
deformação do aço segundo a Lei de Hooke, pode ser expressa pela Equação (2.18). Nos
casos de grampos o valor de \ s é igual ao valor de \ . O valor do deslocamento elástico total
do grampo está apresentado na Equação (2.19).
h = 3. -/ (Es em MPa) (2.17)
" = hG. i j 0a. α4 kG = hG .lLm (2.18)
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C.RESENDE Capítulo 2
onde:
\ = carga total aplicada ao grampo (kN);
nN = área de aço da barra (m2);
o a= módulo de elasticidade do aço (kN/m2);
∆p = alongamento do aço (m);
^ = comprimento da barra de aço (m)
α = fator do modo de distribuição da carga ao longo grampo;
Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014) na ausência de ensaios, pode ser adotado para o módulo
de elasticidade do aço valor igual a 210GPa.
onde:
_ t = deslocamento elástico total do grampo (m)
O fator α utilizado na Equação (2.18) é um fator que corrige a forma de distribuição do
esforço normal ao longo do grampo. Conforme pode ser visto na Figura 2.25, caso esta
distribuição fosse constante ao longo do grampo, ter-se-ia α = 1, caso variasse linearmente
até zero na ponta, este valor seria α = 0,5 e se variasse de forma não linear, teríamos α
variando entre 0,5 e 1.
Figura 2.25 – Formas de distribuição da carga ao longo do grampo.
c/ = c ! lL (2.19)
α=1 α=0,5 0,5 < α < 1
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C.RESENDE Capítulo 2
Como foi visto anteriormente no item 2.2 - Distribuição de Carga nos Grampos que a forma
de distribuição de carga no grampo se aproxima de uma distribuição triangular, foi adotado
neste trabalho α = 0,5.
Como não foram realizados ensaios na calda de cimento para avaliação da resistência à
compressão (σc), resistência à tração indireta (σt) e módulo de elasticidade ( E c), foram
utilizados os resultados obtidos no trabalho de Magalhães M. (2005).
Magalhães M. (2005), realizou ensaios de compressão uniaxial em corpos de prova cilíndricos
de calda de cimento com fator a/c de 0,60, o mesmo valor adotado neste trabalho. Alguns
destes corpos de prova foram instrumentados para medição das deformações nas direções
axial e radial nos ensaios de compressão uniaxial, porém alguns strain gages foram perdidos
durante os ensaios de compressão uniaxial, impossibilitando a determinação do coeficiente de
Poisson. Os valores médios obtidos nestes ensaios estão apresentados na Tabela 2.9.
Tabela 2.9 – Valores médios obtidos nos ensaios com calda de cimento (MAGALHÃES M., 2005).
Material σc (MPa) 10,70
Calda de cimento
Fator a/c = 0,60σt (MPa) 0,98
Ec (GPa) 2,62
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C.RESENDE Capítulo 3
Figura 3.2 – Localização da obra onde foram realizados os ensaios de arrancamento na cidade de Goiânia.
Fonte: Google Earth (2013), acessado em 18/04/2013.
Trata-se de uma obra residencial, com alturas de contenção até 8,0 m, empregando-se para
conter as escavações estacas escavadas justapostas com diâmetro de 35 cm com utilização degrampos.
O terreno foi escavado deixando-se taludes, rampas e platôs para execução dos grampos e
posterior escavação final da obra. A Figura 3.3 apresenta uma foto durante as escavações
indicando no talude o trecho onde os grampos ensaiados foram executados.
Figura 3.3 – Trecho onde os grampos ensaiados foram executados.
-
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D0093G14: Estudo de grampos
C.RESENDE
3.2. DESCRIÇÃO D
Na área do terreno de apro
antes de qualquer escavaPenetration Test (SPT) loc
é o que se encontra mais pr
O furo de sondagem SP0
Sobrepostos ao furo SP0
grampo ensaiadas. Foram
na cota +94,94.
Figura
m cortinas em solos tropicais na cidade de Goiânia
SOLO
ximadamente 3.216,0 m2 foi executado a pa
ão, um total de seis furos de sondagemdos no terreno de forma aleatória. Dentre e
óximo do trecho ensaiado.
foi executado no mês de Julho de 2011 a
estão indicados na Figura 3.4 às posiçõ
nsaiados três grampos executados na cota
3.4 – Sondagem SP04 com sobreposição dos grampo
55
Capítulo 3
rtir do terreno natural,
à percussão Standardtes furos, o furo SP04
partir da cota +98,70.
s das duas linhas de
97,43 e três grampos
s.
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C.RESENDE Capítulo 3
Conforme visto na Figura 3.4, as duas linhas de grampo estão embutidas em uma argila
arenosa vermelha com Nspt variando entre 2 e 6. A cota +91,85 indica o limite da escavação,
cota do subsolo 3.
A sondagem apresenta 9,0m de uma argila arenosa vermelha sobreposta a uma espessa
camada de silte arenoso variegado. O nível d’água (N.A) encontrava-se 3,45 m abaixo da cota
+91,85 (cota subsolo 3), no mês de Julho de 2011.
3.3. EXECUÇÃO DOS GRAMPOS
Os grampos utilizados nos ensaios de arrancamento foram grampos adicionais que tinham a
finalidade de serem ensaiados até a ruptura. Estes grampos foram executados em sequência
aos demais grampos da obra, seguindo os mesmos padrões de escavação e concretagem.
Após a execução das estacas escavadas justapostas e concretagem da viga de topo, o terreno
foi inicialmente escavado até o platô na cota +96,63 para execução da 1ª linha de grampos
posicionados na cota +97,43, conforme pode ser visto na Figura 3.5.
Figura 3.5 – Escavação dos grampos na cota +97,43.
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C.RESENDE Capítulo 3
E 2 0 6
E 2 0 7
E 2 0 8
E 2 0 9
E 2 1 0
E 2 1 1
E 2 1 2
E 2 1 3
E 2 1 4
E 2 1 5
E 2 1 6
E 2 1 7
E 2 1 8
E 2 1 9
E 2 2 0
E 2 2 1
E 2 2 2
E 2 2 3
E 2 2 4
E 2 2 5
E 2 2 6
E 2 2 7
G 4 3
G 1 8 4
G 4 4
G 1 8 5
G 4 5
G 1 8 6
G 4 6
G 1 8 7
G 4 7
G 1 8 8
G 4 8
G 1 8 9
G 4 9
G 1 9 0
G 5 0
G 1 9 1
G 5 1
G 1 9 2
G 5 2
G 1 9 3
G 5 3
G 1 9 4
G * *
G M 1
G M 2
G M 4
G M 6
G M 5
G M 3
Os grampos GM1, GM2 e GM3 foram escavados no dia 02 de Julho de 2013, com diâmetros
de 10cm, utilizando-se circulação de água, leve inclinação de 20º em relação à horizontal,
com comprimento total perfurado de 9,00m. Uma vista e um corte neste trecho estão
apresentados nas Figuras 3.6 e 3.7 respectivamente.
Figura 3.6 – Vista com indicação dos grampos ensaiados.
Foram ensaiados grampos localizados em duas alturas distintas, sendo três grampos na cota
+97,43 que foram nomeados GM1, GM2, GM3 e outros três grampos da cota +94,94
nomeados GM4, GM5, GM6.
O grampo GM1 estava inicialmente previsto para ser executado na posição G**, entre as
estacas E225 e E226, porém por problemas executivos este grampo foi descartado e a
execução dos grampos seguiu a sequência apresentada na Figura 3.6.
Os grampos foram escavados e preenchidos no mesmo dia. A primeira etapa do
preenchimento, denominada bainha, foi realizada sem pressão de injeção. Transcorrida 24
horas desta 1ª etapa, fez-se uma reinjeção de calda de cimento, sob pressão variando entre 0,8
e 1MPa, por meio das válvulas de reinjeção. Os grampos GM1 ao GM3 possuem sete válvulas
espaçadas a cada metro e os grampos GM4 ao GM6, nove válvulas espaçadas também a cada
metro, conforme mostra a Figura 3.7.
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C.RESENDE Capítulo 3
Figura 3.7 – Corte ilustrando a posição dos grampos ensaiados.
Os grampos GM1 e GM3 foram concretados com uma barra reta de diâmetro 20 mm de aço
CA50, sendo 9,0 m desta barra embutidos em calda de cimento (fator a/c= 0,60 em peso), e
1,0 m livre.
O grampo GM2 diferencia-se dos demais quanto ao trecho de armação embutido em calda de
cimento. Descontando-se o trecho de 1,0 m livre, dos 9,0 m de grampo embutidos em solo,
houve contato entre a calda de cimento e a barra de aço CA 50 diâmetro de 20 mm, apenas
nos 6,5 m finais. Os primeiros 2,5 m foram engraxados e o contato entre a barra e a calda de
cimento isolado por meio de tubo de PVC 40mm vedado nas extremidades com massa epóxi,
conforme pode ser visto na Figura 3.8.
Finalizada a execução desta 1ª linha de grampos, o terreno foi escavado novamente até o platô
na cota +94,14 para execução da 2ª linha de grampos posicionados na cota +94,94.
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C.RESENDE Capítulo 3
Figura 3.8 – Detalhes da barra de aço utilizada no grampo GM2.
Os grampos GM4, GM5 e GM6 foram escavados e concretados no dia 11 de Julho de 2013,
com diâmetros de 10 cm, utilizando-se circulação de água, leve inclinação de 20º em relação àhorizontal, com comprimento total perfurado de 11,0 m.
Os grampos GM4 e GM6 foram concretados com uma barra reta de diâmetro 25 mm de aço
CA50, sendo 11,0 m desta barra embutidos em calda de cimento (fator a/c=0,60 em peso), e
1,0 m livre.
O grampo GM5 diferencia-se dos demais quanto ao trecho de armação embutido em calda de
cimento. Descontando-se o trecho de 1,0 m livre, dos 11,0 m de grampo embutidos em solo,houve contato entre a calda de cimento e a barra de aço CA50 diâmetro de 25 mm, apenas nos
Tubo auxiliar para reinjeçãode calda de cimento
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C.RESENDE Capítulo 3
9,5 m finais. Os primeiros 1,5 m foram engraxados e o contato entre a barra e a calda de
cimento isolado por meio de tubo de PVC 40 mm vedado nas extremidades com massa epóxi.
Nas cortinas grampeadas os grampos estão ligados a um paramento bastante rígido quandocomparado aos grampos nas estruturas de solos grampeados, onde o fechamento do
paramento é feito com tela soldada e concreto projetado, gerando uma estrutura bastante
flexível que permite o deslocamento do maciço. Sendo assim, é esperado que nas contenções
em cortinas grampeadas, os deslocamentos horizontais na face da contenção sejam bem
menores do que aqueles que acontecem em solos grampeados. Desta forma, a cunha ativa
formada atrás das contenções grampeadas estará no intervalo entre a cunha ativa dos solos
grampeados e o estado de repouso, em uma situação hipotética de não haver deformação na
cortina.
Como não foram encontradas pesquisas sobre o comportamento das cunhas