A ruptura externa de um solo grampeado ocorre, geralmente, pelo deslizamento ao longo de uma superfície da ruptura que passa bem abaixo da fundação da estrutura e por fora da massa grampeada, afetando a obra inteira. Este
tipo de ruptura que é comum a todas as estruturas de contenção decorre da baixa capacidade de suporte do solo de fundação ou do comprimento insuficiente dos grampos e tem como resultado a ruptura global, que toma a forma de um deslizamento passando por fora da massa grampeada e pela base da contenção (CLOUTERRE, 1991).
CAPÍTULO IV
MÉTODOS DE ANÁLISE
IV.1 – Introdução
A análise básica de estruturas de solo grampeado consiste na transferência de forças de tração resistentes promovidas pelos grampos no solo através do atrito das interfaces. A interação entre o solo e grampos restringe a movimentação do maciço grampeado durante e após a escavação ou reforço do talude. As forças de tração mobilizadas nos grampos induzem um acréscimo de tensão normal ao longo da superfície potencial de ruptura aumentando a resistência ao cisalhamento do solo natural (SCHAEFER et al., 1997). O local da força de tração máxima separa a massa de solo grampeado em duas zonas: (i) ativa, onde tensões de cisalhamento de interface são mobilizadas para restringir o movimento do solo e (ii) passiva (ou resistente), onde as forças desenvolvidas nos grampos são transferidas através da resistência ao cisalhamento solo-grampo ao maciço reforçado.
A elaboração de estudos e projetos preliminares referentes à estabilização e ou reforço de taludes naturais, escavados e ou de aterros é uma rotina em escritórios de consultoria geotécnica, visto que, a partir desta pré-solução podem-se identificar os condicionantes técnico-financeiros frente às questões ambientais. Embora, estes sejam bastante expeditos, fornecem uma idéia inicial da solução a ser implantada e em certos casos pode se aproximar muito de um projeto executivo que norteará uma obra bem sucedida. Os métodos de análise de solos grampeados comentados neste capítulo proporcionam condições de se elaborar os estudos e projetos de engenharia a níveis básico e executivo.
MITCHELL & VILLET (1987) recomendam que nas análises de solo grampeados considerem-se as características do conjunto que constitui sistema de reforço: (i) propriedades do solo; (ii) propriedades dos grampos; (iii) resistência ao cisalhamento de interface solo-grampo (qs); (iv) parâmetros referentes à mobilização
do empuxo passivo sobre os grampos; (v) geometria dos componentes da estrutura grampeada e (vi) processos executivos dos grampos e faceamento.
Baseado em diversas compilações elaboradas por diversos autores (JURAN et
al., 1990; ORTIGÃO & PALMEIRA, 1992; ABRAMENTO et al., 1998; SCHAEFER et al., 1997; MONTEZUMA, 1998; CAMARGO, 2005; SPRINGER, 2006; LIMA, 2007 e
FEIJÓ, 2007) apresenta-se uma sumarização dos métodos clássicos de análise (Tabela IV.1) na qual é possível identificar suas considerações, vantagens, desvantagens, limites de aplicação e limitações.
Tabela IV.1 – Compilação de sumários dos métodos de análise para solos grampeados elaboradas por JURAN et al., 1991; ORTIGÃO & PALMEIRA., 1992; ABRAMENTO et al., 1998; SCHAEFER et al., 1997; MONTEZUMA, 1998; CAMARGO,
2005; SPRINGER, 2006; LIMA, 2007 e FEIJÓ, 2007.
Alemão Davis Multicritério ou
Francês Cinemático Cardiff Escoamento Referência Stocker et al.,
1979
Shen et al.,
1981 Schlosser, 1983
Juran et al.,
1988 Bride, 1989 Anthoine, 1990
Análise Equilíbrio limite (forças) Equilíbrio limite (forças) Equilíbrio limite (momentos) Tensões internas Equilíbrio limite (momentos) Teoria de escoamento Parâmetros do solo (c e ) Parâmetros do solo (c e ) Parâmetros do solo (c' e ') Parâmetros do solo (c' e ') Parâmetros do solo (c e ) Parâmetros do solo (c e )
Atrito lateral Força limite nos grampos
Força limite nos grampos
Força limite nos grampos
Força limite nos grampos
Atrito lateral Rigidez à flexão dos grampos
Rigidez à flexão dos grampos Divisão da
massa de solo 2 cunhas 2 blocos Fatias Fatias Fatias Bloco rígido Fator de
segurança Global Global Global e local Local Global Global Superfície de
ruptura Bi-linear Parabólica
Circular e polinomial Espiral logarítmica Espiral logarítmica Espiral logarítmica
Tração Tração Tração Tração Tração Tração
Cisalhamento Cisalhamento Cisalhamento Flexão Flexão Flexão Mecanismo de
ruptura
Arrancamento
dos grampos Misto* Misto Não utilizável Misto Misto Inclinação do
facemento
Vertical ou
inclinada Vertical Qualquer
Vertical ou inclinada Vertical ou inclinada Vertical ou inclinada Estratificação
do solo Não Não Sim Sim Não Não
Nível d'água Não Não Sim Sim Não Não
* Ruptura relacionada com o arrancamento dos grampos ou pelo escoamento do aço. Esforços nos
Grampos Características
Métodos de Análise para Solo Grampeado
Propriedades
dos materiais Parâmetro
adimensional de rigidez à
flexão (N)
Conforme observado por ORTIGÃO & PALMEIRA (1992), todos os métodos subdividem o terreno atrás do muro em uma cunha ativa, limitada por uma superfície potencial de ruptura, sendo o restante considerado zona passiva, onde os grampos
são fixados. A análise de estabilidade global é feita aplicando-se os esforços estabilizantes dos grampos na cunha ativa. Observa-se que a maioria destes métodos baseia-se na análise de equilíbrio limite, onde a superfície potencial de ruptura é examinada (FEIJÓ, 2007). No entanto, estes métodos envolvem diferentes considerações quanto à forma da superfície de ruptura, ao método de cálculo do equilíbrio das forças atuantes e à natureza dessas forças (ORTIGÃO & PALMEIRA, 1992).
SPRINGER (2006) apresenta as ilustrações esquemáticas (Figura IV.1) das considerações dos principais métodos de análise indicados na Tabela IV.1. Observa- se que estes métodos adotam a hipótese de superfície de ruptura bi-lineares, parabólicas, circular, polinomial ou espiral logarítmica, que permitem a consideração simultânea de aspectos de equilíbrio externo e interno. Nas análises são consideradas as contribuições somente dos grampos que atravessam a superfície de ruptura. Alguns destes métodos consideram a contribuição das forças de tração, cisalhamento e flexão dos grampos (SCHLOSSER, 1983; JURAN et al., 1988 e BRIDLE, 1989), no entanto, comumente ignora-se a contribuição das forças de cisalhamento e flexão dos grampos (STOCKER et al., 1979; SHEN et al., 1981; ANTHOINE, 1990, FALCONI & ALONSO, 1996 e outros).
Figura IV.1 – Ilustração esquemática das considerações feitas nos métodos de análise (SPRINGER, 2006).
Observa-se que não há uma metodologia padrão de dimensionamento dos solos grampeados. No entanto, todos os métodos de análise subdividem o terreno atrás do faceamento em uma zona ativa, limitada por uma superfície potencial de
ruptura, sendo o restante considerada zona passiva, onde os grampos são fixados. Nos vários trabalhos publicados vêem-se enfoques conceituais diferentes quanto a fenomenologia de funcionamento desta estrutura de contenção que contribuem com a definição de um projeto, entretanto, a experiência do executor, com o criterioso acompanhamento da execução, a análise da instrumentação, os ensaios do solo, estudos de geologia e hidrologia, são condicionantes básicos no estágio atual, para definição de um projeto (ABRAMENTO et al., 1998).
Objetivando fornecer subsídios aos engenheiros geotécnicos que os auxiliem a desenvolver um projeto de solo grampeado de maneira racional, CAMARGO (2005) realizou comparações de alguns processos de cálculo de solos grampeados baseados em métodos de equilíbrio limite desenvolvidos por STOCKER et al., 1979; SHEN et al., 1981; SCHLOSSER, 1983; JEWELL et al., 1984; JURAN et al., 1990 e por autores do Brasil (FALCONI & ALONSO, 1996; HACHICH, 1997 e SILVA & VIDAL, 1999).