A GEORIO (2000) recomenda que o ensaio de arrancamento seja realizado para se determinar a resistência ao cisalhamento no contato solo-grampo e, durante a obra, para que sejam confirmados os valores de projeto.
A resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs) deve ser
medida através de ensaios de arrancamento, como, por exemplo, apresentado na Figura III.9 que ilustra os detalhes de montagem necessários para a realização deste ensaio. O esquema dos grampos nos ensaios de arrancamento e do sistema de aplicação de carga empregado por FEIJÓ & EHRLICH (2001) corresponde a aquele detalhado pela GEORIO (2000).
Figura III.9 – Ensaios de arrancamento: (a) montagem e injeção dos grampos e (b) sistema de aplicação de carga (FEIJÓ & EHRLICH, 2001).
Placa de referência
SPRINGER (2006) ressalta que o procedimento de instalação de grampos destinados aos ensaios de arrancamento (inclinação, perfuração, introdução no furo e injeção) deve ser exatamente o mesmo dos grampos de trabalho (permanentes).
A barra de aço empregada deve ser superdimensionada para que o ensaio atinja preferencialmente a ruptura no contato calda-solo (GEORIO, 2000). A carga máxima de ensaio (Tmáx) é dada pela Equação III.3.
s y máx 0,9.f .A
T (III.3)
Onde fy é a tensão de escoamento do aço e As é a área da seção transversal
útil da barra. Esta carga não deve ser ultrapassada para evitar um acidente, devido à possível ruptura brusca do aço.
O valor da resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs)
obtido no ensaio é dependente do diâmetro da perfuração (Dp), do comprimento ancorado atrás da superfície de ruptura (La) e da carga de tração máxima (Tmáx)
alcançada no ensaio de arrancamento. Através da plotagem da curva deslocamento versus carregamento, obtém-se a carga axial máxima do ensaio de arrancamento. O valor da resistência ao cisalhamento de interface solo-grampo (qs) é definida em
unidades de tensão (Equação III.4).
a p máx s L . D . T q (III.4)
As cargas deverão ser aplicadas em pequenos estágios que não excedam 20% da carga máxima esperada, aguardando-se pelo menos 30 minutos para estabilização das deformações. Durante este tempo, a carga é mantida constante e os deslocamentos são lidos a intervalos de 0, 1, 2, 4, 8, 15 minutos. Deverá ser executado pelo menos um ciclo de carga-descarga, que deverá ser iniciado quando a carga for da ordem da metade estimada da carga total máxima esperada.
FALCONI E ALONSO (1996) sugerem que o incremento de carga deve ser suficientemente pequeno (entre 5kN ou 10kN), com 5 minutos em cada estágio de carga até a ruptura, para permitir um número mínimo de leituras carga versus deslocamento.
Na Figura III.10 apresenta-se o sistema de aplicação de cargas de tração, com macaco hidráulico, à barra de aço que compõe o grampo pronto para a realização do
ensaio de arrancamento. No ensaio, para cada nível de carregamento aplicado, registra-se o deslocamento da cabeça do grampo, através dos extensômetros instalados na placa de referência.
Figura III.10 - Exemplo de um grampo pronto para o ensaio de arrancamento (FEIJÓ & EHRLICH, 2001).
Como no Brasil não há uma definição da quantidade de ensaios de arrancamento que devem ser executados para obter a resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs), recomenda-se uma quantidade tal que
garanta a representatividade dos resultados (FALCONI & ALONSO, 1996; GEORIO, 1999; ZIRLIS et al., 2003, entre outros).
Ensaios de arrancamento realizados por FEIJÓ & EHRLICH (2001 e 2005) em dois maciços de solo residual de natureza gnáissica no município do Rio de Janeiro mostraram que a resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs)
varia de acordo com o tipo de solo. Considerando um mesmo tipo de material terroso (mesma origem e formação), a resistência ao arrancamento (qs) apresenta o mesmo
valor, independente dos comprimentos utilizados nos ensaios, 3m ou 6m ancorados. Os resultados do monitoramento das deformações ao longo dos grampos de 3 m e 6 m também mostraram que a distribuição das tensões cisalhantes solo-calda de cimento permanecem constantes ao longo do comprimento ancorado. Além destes aspectos, observou-se um nítido aumento da resistência ao arrancamento (qs) com a
profundidade refletindo o aumento do SPT e do atrito interno dos materiais.
Segundo FEIJÓ & EHRLICH (2001), sob o ponto de vista prático, podem-se extrapolar linearmente os resultados de resistência ao cisalhamento de interface solo-grampo obtidos em grampos curtos para grampos longos, nos projetos de solo grampeado. Considerando os resultados obtidos, os autores recomendam a adoção
de grampos com três metros de comprimento ancorado e dois metros de trecho livre.
III.2.3.2 – Previsão da Resistência ao Cisalhamento Máxima de Interface Solo-grampo
Devido aos vários fatores que influenciam na determinação da resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo, quando se faz uso de referências da literatura para se estimar este parâmetro, correlações empíricas ou semi-empíricas devem-se observar as características do solo, grampo e processo de injeção. Geralmente, esta estimativa da resistência ao cisalhamento de interface solo-grampo é adotada na concepção inicial da solução e ou no projeto básico. Entretanto, na prática de algumas obras, principalmente aquelas de pequeno porte, não se verificam os valores de qs com auxílio de ensaios de arrancamento quando se encontram na fase
executiva. SANDRONI & DA SILVA (2005) recomendam que este procedimento não se torne prática usual, devendo-se realizar ensaios de arrancamento no campo e verificação da sensibilidade do coeficiente de segurança ao valor de qs, face à
variabilidade deste parâmetro em função do tipo de solo e metodologia executiva. SPRINGER (2006) faz um resumo de vários ensaios de arrancamento disponíveis na literatura nacional (ORTIGÃO et al., 1992; FEIJÓ & EHRLICH, 2001; PITTA et al., 2003; AZAMBUJA et al., 2001; SOARES & GOMES, 2003; MORAES & ARDUÍNO, 2003; ALONSO & FALCONI, 2003; SOUZA et al., 2005; PROTO SILVA, 2005), organizando as informações sob a forma de tabelas e em função da referência, destacando-se os diversos aspectos dos ensaios, como: local da obra, presença de nível d’água, características do solo, do grampo, da injeção e dos ensaios de arrancamento.
LIMA (2007) apresenta uma tabela com coletânea de valores de resistências ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs) obtidos nos ensaios de
arrancamento realizados por ORTIGÃO et al. (1997), FEIJÓ & ERHLICH (2001 e 2005), AZAMBUJA et al. (2001 e 2003), PINTO & SILVEIRA (2001), MORAES & ARDUÍNO (2003), PITTA et al. (2003), PROTO SILVA (2005), SOUZA et al. (2005), ALONSO (2005) e SPRINGER (2006).
Quanto à sumarização dos resultados disponíveis na literatura nacional (SPRINGER, 2006 e LIMA, 2007), com exceção das resistências ao arrancamento (qs)
obtidas por MORAES & ARDUÍNO (2003) e AZAMBUJA et al. (2001 e 2003), refere-se a ensaios de arrancamento executados em solos da região sudeste, nos estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo. Entretanto, as propriedades mecânicas dos solos, mesmo quando derivados de uma mesma litologia, dependem das condições
climáticas do seu local de formação. Devido à variabilidade climática do Brasil estes resultados podem ser interessantes para se usar como uma estimativa inicial na análise da técnica de grampeamento em solos com características semelhantes àqueles sumarizados.
BUSTAMANTE & DOIX (1985) relacionaram o valor da resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs) com resultados de ensaios
pressiométricos (Pressiômetro de Ménard) para vários materiais, levando em consideração a metodologia executiva de injeção, típica da construção de bulbo de ancoragem de tirantes: (i) estágio único de injeção (IGU) e (ii) estágios múltiplos de injeção. A formulação apresentada por gráficos (Figuras III.11 e III.12) também correlacionou a pressão limite do pressiômetro Ménard (p1) e a resistência à penetração (N-SPT). Entretanto, deve-se verificar se os procedimentos do ensaio de SPT adotados pelos autores são os mesmos que aqueles utilizados na obtenção da resistência à penetração (N-SPT) para a obra em estudo.
Figura III.11 - Correlação entre resistência ao arrancamento qs, pressão limite p1 e
Figura III.12 - Correlação entre resistência ao arrancamento qs, pressão limite p1 e
número de golpes N(SPT) para argilas e siltes (BUSTAMANTE & DIOX, 1985).
O projeto CLOUTERRE (1991) também apresentou a variação da resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs) em função de resultados da
pressão limite do pressiômetro de Ménard (Figuras III.13 e III.14). O banco de dados elaborado com os resultados dos 450 ensaios de arrancamento foi segmentado por tipo de material. A maior parte destes ensaios foi realizada em grampos executados com fluido cimentante injetado utilizando-se somente a força da gravidade.
Figura III.13 - Correlação entre resistência ao arrancamento qs e pressão limite de
Ménard p1 para solos arenosos (adaptado de CLOUTERRE, 1991).
Areia N
Figura III.14 - Correlação entre resistência ao arrancamento qs e pressão limite de
Ménard p1 para solos argilosos (adaptado de CLOUTERRE, 1991).
FEIJÓ (2007) ressalta que as correlações apresentadas em CLOUTERRE (1991) possuem grande potencial, ao contrário das propostas por BUSTAMANTE & DOIX (1985), devido á grande dispersão de resultados, para a estimativa inicial da resistência ao arrancamento (qs). No Brasil, no entanto, essas correlações não se
mostram úteis, haja vista a técnica de prospecção pressiométrica ser muito pouco difundida (FEIJÓ, 2007).
ORTIGÃO & PALMEIRA (1997) compararam as resistências ao cisalhamento máximas de interface solo-grampo (qs), obtidas por ensaios de arrancamento
realizados em solos do Rio de Janeiro, São Paulo e Brasília, com a resistência à penetração (N-SPT). A Figura III.15 apresenta a correlação empírica sugerida por ORTIGÃO & PALMEIRA (1997) para estimativa da resistência ao arrancamento (qs)
em função do número de golpes N (SPT). FEIJÓ (2007) salienta que essas correlações apresentaram grande dispersão de resultados e podem ser válidas apenas para os solos saprolíticos de ardósia, da região de Brasília, uma vez que 60% dos pontos referem-se a este tipo de material.
Figura III.15 – Correlação entre resistência ao arrancamento qs e índice de resistência
à penetração N-SPT (GEORIO, 2000).
SPRINGER (2006) apresentou uma correlação empírica para determinação da resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs), em função do
índice de resistência à penetração (N-SPT), a partir de uma série de ensaios de arrancamento em solos residuais e rocha alterada de natureza gnáissica da praia de Boa Viagem no município de Niterói. Esta correlação foi definida a partir de resultados dispersos obtidos em solos com resistência a penetração (N-SPT) superior a 25 e, inclusive, em rocha alterada com N-SPT elevado.
LIMA (2007), a partir das correlações sugeridas por CLOUTERRE (1991), ORTIGÃO & PALMEIRA (1997) e SPRINGER (2006), obteve diferentes valores de resistência ao arrancamento (qs) em solos com resistência à penetração (N-SPT) igual
a 10. O autor concluiu que esta variação na estimativa da resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs) se deve à grande dispersão dos resultados
utilizados nestas correlações.
FRANÇA (2007), com auxílio de doze ensaios de arrancamento executados em laboratório em solo compactado (Energia Normal) constituído de areia argilosa, verificou valor médio de resistência ao cisalhamento máxima de interface solo-grampo (qs) igual a 145 kPa. Os grampos foram construídos com inclinação de 10 com a
horizontal e o preenchimento do furo de 25,4 mm de diâmetro foi executado com calda de cimento por ação da gravidade. O tipo de solo utilizado na pesquisa é condizente com aqueles utilizados por BYRNE et al. (1998) e o valor médio da resistência ao cisalhamento de interface solo-grampo encontra-se no intervalo de variação sugerido pelos autores, conforme apresentado na Tabela III.1.
Tabela III.1 - Valores de resistência ao cisalhamento de interface solo-grampo (adaptado de BYRNE et al., 1998).
Silte não plástico 20 - 30
Silte arenoso 50 - 75
Areia siltosa 50 - 75
Areia medianamente compacta 50 - 75 Areia siltosa densa 80 - 100 Areia siltos muito densa 120 - 240
Loess 25 - 75
Silte argiloso 40 - 100
Argila arenosa 100 - 200
Argila rija 40 - 60
Solos coesivos
Tipo de solo Descrição do solo Resistência ao arrancamento (kPa)
Solos não coesivos