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Tópicos Especiais de Mecânica dos Solos
Estruturas de Contenção de Solo Reforçado
PROFESSOR:
BRUNO TEIXEIRA DANTAS
Objetivo Geral
• Desenvolver habilidades, competências e atitudes necessárias à compreensão e à análise do comportamento, bem como ao dimensionamento, de ECSR
Programa da Disciplina
• COMPORTAMENTO DE ECSR
• MÉTODOS DE ANÁLISE DE ECSR
• DIMENSIONAMENTO DE ECSR
Comportamento de ECSR
Face Região Região
Reforçada Não Reforçada
Fundação
• CONCEITOS BÁSICOS
• Tipos de Reforços
– Metálicos
• Tiras
• Grelhas ou Telas
– Geossintéticos
• Geotêxteis: Tecido e Não-Tecido – Polímeros comuns: Poliéster (PET), Polipropileno (PP),
Polietileno (PE) e Álcool de Polivinila (PVA)
• Geogrelhas – Polímeros comuns: Polietileno de Alta Densidade (PEAD),
Poliéster (PET), Álcool de Polivinila (PVA), Aramida (AR)
Comportamento de ECSR
• Reforços Metálicos
Comportamento de ECSR
Soloreforcado.com.br vsl.com
• Geossintéticos
Comportamento de ECSR
Ehrlich e Becker (2009)
• Geossintéticos
Comportamento de ECSR
huesker.com
• Deformabilidade e Fluência de Reforços
– Resistência à tração confinada e não confinada
– Resistência não confinada:
• Ensaio de tração de faixa larga: amostra de 200mm largura por 100mm de comprimento;
• ABNT – NBR 12824/93.
– Rigidez do reforço (kN/m):
• Jr = Tr / er
• Tangente inicial, secante à origem (p.e. 2% deformação) ou para a tensão de ruptura
Comportamento de ECSR
Comportamento de ECSR
Ehrlich e Becker (2009)
• Deformabilidade e Fluência de Reforços
– Fluência:
• Tendência de o material sofrer deformações crescentes no decorrer do tempo, quando submetido a um carregamento de intensidade constante.
• Depende do tipo de polímero, da estrutura do geossintético, da intensidade do carregamento e da temperatura
– Relaxação:
• Ocorre quando um material é submetido a uma deformação constante ao longo do tempo e as tensões internas sofrem redução.
Comportamento de ECSR
• Deformabilidade e Fluência de Reforços
– Ruptura por Fluência:
• Ruptura, após algum tempo, com uma carga menor do que sua resistência à tração de curto prazo, determinada pelo ensaio de faixa larga (geossintéticos).
– Ensaios de laboratório:
• Temperatura controlada, sem confinamento
• Confinamento: altera as propriedades de fluência dos geotêxteis não tecido.
• ABNT – NBR 15226/05
Comportamento de ECSR
Comportamento de ECSR
Ehrlich e Becker (2009)
• Deformabilidade e Fluência de Reforços
– Minimizar o efeito de fluência:
• limitar a deformação ou a tensão no reforço
– Deformação a ser adotada para o reforço:
• Depende da responsabilidade da obra, das propriedades do solo e das deformações toleráveis para a estrutura
– Polímeros mais suscetíveis em ordem crescente:
• Poliéster, Polipropileno e Polietileno.
• Efeito de temperatura: relevante para a fluência do Polipropileno.
Comportamento de ECSR
Comportamento de ECSR
• Mecanismo de interação solo-reforço
Comportamento de ECSR
• Mecanismo de interação solo-reforço
Ehrlich e Becker (2009)
Comportamento de ECSR
• CONCEITOS BÁSICOS
Zona
Ativa
Zona
Resistente
Superfície Potencial de
Ruptura
Tmáx
Ponto de
Máxima Tração
(a) (b)
Face
Reforço
Comportamento de ECSR
• DIMENSIONAMENTO - FATORES INTERNOS:
– RUPTURA E ARRANCAMENTO DOS REFORÇOS
– DESLOCAMENTOS
– FIM DE CONSTRUÇÃO E FIM DA VIDA ÚTIL
• DIMENSIONAMENTO - FATORES EXTERNOS:
– DESLIZAMENTO E TOMBAMENTO DA ESTRUTURA
– CAPACIDADE DE CARGA DA FUNDAÇÃO
– RUPTURA GLOBAL
Comportamento de ECSR
• PRINCIPAIS ASPECTOS DEFINIDOS NO DIMENSIONAMENTO:
– A MÁXIMA SOLICITAÇÃO,
– O COMPRIMENTO,
– A DISPOSIÇÃO E
– A DURABILIDADE DOS REFORÇOS.
Comportamento de ECSR
• PROPRIEDADES CORRENTEMENTE REQUERIDAS PARA O SOLO DA REGIÃO REFORÇADA
Percentagem passando
Tamanho de Partícula
(Peneira)
Paredes Verticais
(até 70º de
inclinação)
Taludes Abatidos
(inclinação inferior a
70º)
102 mm (4”) 100
20 mm 100
4,76 mm (No.4) 100 – 20
0,425 mm (No. 40) 0 – 60 0 – 60
0,075 mm (No. 200) 0 – 15 0 – 50
Índice de Plasticidade (IP) 6 20
(ELIAS et al. 2001)
Comportamento de ECSR
• SOLOS FINOS BRASILEIROS DE ORIGEM RESIDUAL
Granulometria (%) L. Atterberg (%) Proctor Normal
Local <2mm <20mm <2mm LL IP wótima
(%)
gd máx
(kN/m3)
1 36 54 100 45 19 20 15,6
2 31 55 100 59 31 22 15,5
(EHRLICH et al. 1994)
Comportamento de ECSR
• INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DO REFORÇO NO ESTADO DE TENSÕES E DESLOCAMENTOS
v
v
h h
reforços condição
deformada
Comportamento de ECSR
• INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DO REFORÇO NO ESTADO DE TENSÕES E DESLOCAMENTOS
(ELIAS et al. 2001)
Comportamento de ECSR
• INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DO REFORÇO NO ESTADO DE TENSÕES E DESLOCAMENTOS
JABER (1989)
Comportamento de ECSR
• INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO
Comportamento de ECSR
• INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO
Comportamento de ECSR
• INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DA FACE
Reforço
Tmáx
Reforço
Tmáx
(a) Face Rígida (b) Face Flexível
Métodos de Análise de ECSR
• FUNDAMENTOS
Zona Ativa
Sv
Face Reforços
Ponto de Máxima
Tração no Reforço
T
h
Fatia Horizontal (apenas esforços horizontais são mostrados)
Plano vertical passando pelo
ponto de máxima tração
Métodos de Análise de ECSR
• SEQÜÊNCIA CONSTRUTIVA – ELIAS et al. (2001)
Métodos de Análise de ECSR
• SEQÜÊNCIA CONSTRUTIVA – ELIAS et al. (2001)
Métodos de Análise de ECSR
• SEQÜÊNCIA CONSTRUTIVA – ELIAS et al. (2001)
Métodos de Análise de ECSR
• SEQÜÊNCIA CONSTRUTIVA – ELIAS et al. (2001)
Métodos de Análise de ECSR
• FACES AUTOENVELOPADAS
Fotos: Catálogo Polyfelt
Catálogo Huesker
Métodos de Análise de ECSR
• FACES COM BLOCOS INTERTRAVADOS
Terrae
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – TERRA ARMADA
(Mitchell e Villet, 1987)
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – TERRA ARMADA
(Mitchell e Villet, 1987)
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – TERRA ARMADA
e
2e
Lr
Ka
z / 3
z
z
g z² / 2
g Lrz
g Lrz
e =Ka
Lr6
z²
Diagrama de Empuxo Ativo
2
31
2
r
a
z
r
rz
L
zK
z
eL
Lz
g
g
TENSÃO VERTICAL
Distribuição de Meyerhof (1953)
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – ELIAS et al. (2001)
z
SSKT
v
hvvr
g
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – ELIAS et al. (2001)
(Ehrlich e Becker, 2009)
REFORÇO EXTENSÍVEL REFORÇO INEXTENSÍVEL
Métodos de Análise de ECSR
• RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO – ELIAS et al. (2001)
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – ELIAS et al. (2001)
• RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO POR UNIDADE DE LARGURA DO REFORÇO:
Pr = F* . a . v . Le . C
F* = FATOR DE RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO
a = FATOR DE CORREÇÃO DO FATOR DE ESCALA
V = TENSÃO VERTICAL EFETIVA NA INTERFACE SOLO-REFORÇO
Le = COMPRIMENTO DO REFORÇO NA ZONA RESISTENTE
C = No. DE FACES DO REFORÇO QUE EFETIVAMENTE CONTRIBUEM NA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO (C = 2)
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – ELIAS et al. (2001)
• VALORES DE REFERÊNCIA PARA OS PARÂMETROS DA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO (SOLOS FRICCIONAIS):
a = 1 (MÉTALICOS)
a = 0,8 (GEOGRELHAS)
a = 0,6 (GEOTÊXTEIS)
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – ELIAS et al. (2001)
• VALORES DE REFERÊNCIA PARA OS PARÂMETROS DA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO (SOLOS FRICCIONAIS):
TIRAS METÁLICAS COM MOSSAS
TOPO: F* = 1,2 + LOG Cu (Cu = D60 / D10)
PROF. ≥ 6 m : F* = TAN f
PARA Cu DESCONHECIDO, VALOR SUGERIDO: Cu = 4 (F* = 1,8)
TIRAS METÁLICAS LISAS
F* = TAN f
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – ELIAS et al. (2001)
• VALORES DE REFERÊNCIA PARA OS PARÂMETROS DA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO (SOLOS FRICCIONAIS):
GRELHAS METÁLICAS
TOPO: F* = 20 . (t / St)
PROF. ≥ 6 m : F* = 10 . (t / St)
t = ESPESSURA DAS BARRAS TRANSVERSAIS
St = ESPAÇAMENTO ENTRE AS BARRAS TRANSVERSAIS
FÓRMULAS VÁLIDAS PARA St ≥ 150 mm
Métodos de Análise de ECSR
• MÉTODO DA MASSA COERENTE – ELIAS et al. (2001)
• VALORES DE REFERÊNCIA PARA OS PARÂMETROS DA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO (SOLOS FRICCIONAIS):
GEOSSINTÉTICOS (GEOGRELHAS E GEOTÊXTEIS)
F* = (2/3) . TAN f
Métodos de Análise de ECSR
• CONEXÃO COM A FACE – EHRLICH E BECKER (2009)
• FACES AUTOENVELOPADAS:
Pr,0 = F* . a . v . L0 . C ≥ FS . T0
F* = FATOR DE RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO
a = FATOR DE CORREÇÃO DO FATOR DE ESCALA
V = TENSÃO VERTICAL EFETIVA NA INTERFACE SOLO-REFORÇO
L0 = COMPRIMENTO DE ANCORAGEM DO ENVELOPE
C = No. DE FACES DO REFORÇO QUE EFETIVAMENTE CONTRIBUEM NA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO (C = 2)
T0 = 50% . TMÁX (TMÁX = MAIOR VALOR DE TRAÇÃO NOS REFORÇOS)
Métodos de Análise de ECSR
• CONEXÃO COM A FACE – EHRLICH E BECKER (2009)
• FACES RÍGIDAS OU BLOCOS INTERTRAVADOS:
Pr,0 = CR . Td ≥ FS . T0
CR = EFICIÊNCIA DO ACOPLAMENTO ENTRE A FACE E O REFORÇO (FORNECIDO PELO FABRICANTE DO SISTEMA DA FACE OU OBTIDO POR ENSAIOS)
Td = RESISTÊNCIA DE PROJETO DO REFORÇO (ADMISSÍVEL)
T0 = (80% a 100%) . TMÁX (TMÁX = MAIOR VALOR DE TRAÇÃO NOS REFORÇOS)
Métodos de Análise de ECSR
• FATORES DE SEGURANÇA – EHRLICH E BECKER (2009)
• RUPTURA DO REFORÇO:
FS ≥ 1,50 (ESTRUTURAS PERMANENTES E CRÍTICAS)
FS ≥ 1,15 (ESTRUTURAS TEMPORÁRIAS E NÃO-CRÍTICAS)
• ARRANCAMENTO DO REFORÇO:
FS ≥ 1,50
• CONEXÃO COM A FACE:
FS ≥ 1,50
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Leshchinsky e Boedeker (1989)
• Equilíbrio Limite
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Leshchinsky e Boedeker (1989)
• Equilíbrio Limite
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Leshchinsky e Boedeker (1989)
• Equilíbrio Limite
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Leshchinsky e Boedeker (1989)
• Equilíbrio Limite
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Leshchinsky e Boedeker (1989)
• Equilíbrio Limite
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Leshchinsky e Boedeker (1989)
• Equilíbrio Limite
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Leshchinsky e Boedeker (1989)
• Equilíbrio Limite
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Ehrlich e Mitchell (1994)
• Condições de trabalho
• Parâmetros do
Modelo Hiperbólico
Métodos de Análise de ECSR
• Método de
Ehrlich e Mitchell (1994)
• Condições de trabalho
• Parâmetros do
Modelo Hiperbólico
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Ehrlich e Mitchell (1994)
• Condições de trabalho
• Trajetória de tensões
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Ehrlich e Mitchell (1994)
• Efeito da compactação
H
z
zczc,i
zzc,i >
zc,iz >
z,
, ,
, ,
, ,
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Ehrlich e Mitchell (1994)
• Efeito da compactação
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Ehrlich e Mitchell (1994)
• Efeito da compactação
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Ehrlich e Mitchell (1994)
• Efeito da compactação
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Ehrlich e Mitchell (1994)
• Fórmulas
Métodos de Análise de ECSR
• Método de Ehrlich e Mitchell (1994)
Métodos de Análise de ECSR
• Estabilidade Externa
DESLIZAMENTO TOMBAMENTO
CAPACIDADE DE CARGA DA FUNDAÇÃO RUPTURA GENERALIZADA
Métodos de Análise de ECSR
• Estabilidade Externa – Fatores de Segurança
Métodos de Análise de ECSR
• Estabilidade Externa – Muro Vertical
Métodos de Análise de ECSR
• Capacidade de Carga – Muro Vertical
Brinch Hansen (1961) e Sokolovski (1960)
apud Ehrlich e Becker (2009)
Métodos de Análise de ECSR
• Capacidade de Carga – Muro Vertical
Prandtl (1921), Reissner (1924) e Vesic (1975)
apud Ehrlich e Becker (2009)
Vida Útil dos Reforços
• Reforços Metálicos
Vida Útil dos Reforços
• Reforços Metálicos
Vida Útil dos Reforços
• Reforços Geossintéticos
Vida Útil dos Reforços
• Reforços Geossintéticos
Vida Útil dos Reforços
• Reforços Geossintéticos
Vida Útil dos Reforços
• Reforços Geossintéticos
Vida Útil dos Reforços
• Reforços Geossintéticos
Vida Útil dos Reforços
• Reforços Geossintéticos
Vida Útil dos Reforços
• Reforços Geossintéticos
Drenagem
Espessura: 20 a 50 cm.