(QVDLRVGH$UUDQFDPHQWRHP6ROR5HIRUoDGRFRP0DOKDV GH3QHXV

Texto

(1))HUQDQGR$XJXVWR)HUUHLUDGR9DOOH. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. (QVDLRVGH$UUDQFDPHQWRHP6ROR5HIRUoDGRFRP0DOKDV GH3QHXV . 'LVVHUWDomRGH0HVWUDGR Dissertação apresentada ao Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio. Área de Concentração: Geotecnia. Orientadores:. Alberto S. F. J. Sayão Denise M. S. Gerscovich. Rio de Janeiro Junho de 2004..

(2) )HUQDQGR$XJXVWR)HUUHLUDGR9DOOH. (QVDLRVGH$UUDQFDPHQWRHP6ROR5HIRUoDGRFRP0DOKDV GH3QHXV. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. . Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.. 3URI$OEHUWR6)-6D\mR Orientador Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio 3URID'HQLVH06*HUVFRYLFK Coorientadora Departamento de Estruturas e Fundações – UERJ 3URI0DXUtFLR(KUOLFK Departamento de Engenharia Civil - UFRJ 3URI/XFLDQR0HGHLURV Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio 3URID$QD&ULVWLQD6LHLUD Departamento de Estruturas e Fundações - UERJ 3URI-RVp(XJHQLR/HDO Coordenador Setorial do Centro Técnico Científico - PUC-Rio Rio de Janeiro, 15 de Junho de 2004..

(3) Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.. )HUQDQGR$XJXVWR)HUUHLUDGR9DOOH. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. Graduou-se em Engenharia Civil na UNAMA (BelémPA), em 2001, onde participou de programa de Iniciação Científica na área de Engenharia Civil. Trabalhou como engenheiro em sondagens, projetos e obras de fundações. Ingressou no curso de mestrado em Engenharia Civil da PUC-Rio no ano de 2002, atuando na área de Geotecnia Experimental.. Ficha Catalográfica Valle, Fernando Augusto Ferreira do Valle. Ensaios de Arrancamento em Solo Reforçado com Malhas de Pneus / Fernando Augusto Ferreira do Valle ; orientadores: Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayão; Denise Maria Soares Gerscovich - Rio de Janeiro: PUC, Departamento de Engenharia Civil 2004.. 153 f. : il. ; 29,7 cm. Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade católica do rio de Janeiro, Departamento de engenharia Civil.. Incluí referências bibliográficas.. 1.Engenharia Civil – Teses. 2. Pneus. 3. Solo Reforçado 4. Ensaios de Arrancamento I. Sayão, Alberto de Sampaio Ferraz Jardim. II. Gerscovich, Denise Maria Soares. III. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. IV. Título.. CDD: 624.

(4) $JUDGHFLPHQWRV A Deus. Aos meus amados pais, Ricardo e Enilde, por terem sido tão competentes, amáveis, atenciosos e dedicados a minha criação, estando presente em todos os momentos importantes da minha vida e principalmente me apoiando nas minhas decisões. À minha irmã, por ser a pessoa que é, me ajudando em tudo que for preciso e me disponibilizando atenção e amor irrestritos.. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. À Vanessa, que durante estes dois anos foi minha namorada, noiva e agora esposa, agradeço por tudo. Especialmente por me dar forças e direção nas horas mais difíceis, pelo amor, carinho, sinceridade, compreensão e por tornar a minha vida cada dia mais completa e feliz. À minha segunda família, Tio Barbosa, Tia Evany, Dany Boy e Dudu que sem nenhuma obrigação me acolheram de forma tão amorosa, sincera e sem medir esforços, sem este amparo não teria chegado ao final de mais um desafio. Ao meu orientador Alberto Sayão, por toda simplicidade e humildade com que me passou seus ensinamentos e orientação na elaboração desta dissertação. À minha orientadora Denise Gerscovich, por sempre estar presente e disposta a ajudar, tornando possível o que às vezes eu achava impossível. Aos amigos Renato, Flávio, Jorge e tantos outros, por todos os momentos. de. aflição,. preocupação,. alegria. e. felicidade. que. independente de qualquer coisa passamos sempre juntos. À CAPES pela ajuda financeira indispensável para a conclusão da Tese..

(5) 5HVXPR. Valle, Fernando Augusto Ferreira; Sayão, Alberto de Sampaio Ferraz Jardim; Gerscovich, Denise Maria Soares. (QVDLRV GH $UUDQFDPHQWRHP6ROR5HIRUoDGRFRP0DOKDVGH3QHXVRio de Janeiro, 2004. 153p. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. A utilização de pneus usados é uma técnica interessante para reforço de solos, sob o aspecto ambiental. Os pneus usados constituem uma matéria-prima abundante e de custo reduzido. A técnica de utilização de pneus em obras geotécnicas vem sendo difundida no Brasil desde PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. meados dos anos 90, com a construção do muro experimental de solopneus da PUC-Rio, em colaboração com a Fundação Geo-Rio e a Universidade de Ottawa (Canadá). O presente trabalho tem por objetivo apresentar a metodologia para avaliação da resistência ao arrancamento de malhas de pneus. Os pneus podem ser dispostos em um plano horizontal e amarrados entre si, formando uma malha de reforço. Podem ser utilizados pneus inteiros ou com uma das bandas laterais cortadas. A sobrecarga atuando no reforço provém do confinamento provocado pela altura do aterro de solo, construído sobre a malha de pneus. Os ensaios de arrancamento dos pneus no campo utilizaram uma estrutura metálica de reação, atirantada, a qual foi desenvolvida especificamente para o programa experimental sobre reforço de solos. Os resultados permitiram idealizar. um. mecanismo. de. ruptura. envolvido. no. processo. de. arrancamento das malhas de pneus, bem como a verificação das características de resistência e deformabilidade deste tipo de reforço.. 3DODYUDVFKDYH Pneus, Solo Reforçado, Ensaios de Arrancamento..

(6) $EVWUDFW. Valle, Fernando Augusto Ferreira; Sayão, Alberto de Sampaio Ferraz Jardim; Gerscovich, Denise Maria Soares (Advisors). 3XOORXW 7HVWV LQ 7LUH 5HLIRUFHPHQW 6RLO Rio de Janeiro, 2004. 153p. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. The use of scrap tires as soil reinforcement is an environmentally interesting technique. Scrap tires are an abundant and low cost waste material. The technique for using tires in geotechnical construction is becoming popular in Brazil since the construction of an experimental PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. gravity wall made with soil and tires in 1995. This wall was part of a research project by carried out by PUC-Rio in collaboration with Geo-Rio and University of Ottawa. The objective of this work is to present a methodology to evaluate the pull-out behaviour of tire meshes. The tires can be placed in a horizontal plane and tied with rope or wire, forming a reinforcement mesh. The surcharge on these meshes comes from the confinement due to the height of a soil embankment built on the mesh. Field pull-out tests were performed on these reinforcement meshes, using a metallic reaction structure, which was developed specifically for this experimental research. The results allowed the idealization of a shearing mechanism based on the pull-out of tire meshes, as well as the verification of the strength and deformability characteristics of the reinforcement.. .H\ZRUGV Tires, Soil Reinforcement, Pullout Tests..

(7) PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. 6XPiULR. 1 Introdução. 19. 2 Revisão Bibliográfica. 21. 2.1. O Conceito de Solo Reforçado. 21. 2.2. Histórico das Técnicas de Reforço de Solos. 21. 2.3. Fatores que Influenciam o Comportamento de Solo Reforçado. 23. 2.3.1. Características do Solo. 26. 2.3.2. Características do Reforço. 27. 2.3.3. Interação entre Solo e Reforço. 28. 2.4. Ensaios de Laboratório e de Campo. 30. 2.4.1. Ensaios de Cisalhamento Direto em Solo Reforçado. 31. 2.4.2. Ensaios de Arrancamento. 31. 2.5. Reutilização de Pneus Usados. 33. 2.6. Histórico da Experiência com Pneus. 35. 2.6.1. Experiência Francesa. 35. 2.6.2. Experiência Canadense. 40. 2.6.2.1. Avaliação dos Mecanismos de Interação Solo Reforço. 44. 2.6.2.2. Ensaios de Arrancamento. 52. 2.6.3. Experiência Brasileira. 63. 3 Programa Experimental. 74. 3.1. Introdução. 74. 3.2. Características dos Pneus. 74. 3.3. Ensaios de Arrancamento no Campo. 75. 3.3.1. Sistema de Arrancamento. 75. 3.3.2. Procedimento de Ensaio. 76. 3.3.3. Instrumentação. 78. 3.4. 1ª Campanha Experimental. 82. 3.4.1. Caracterização do Solo. 82. 3.4.2. Configuração da Malha de Pneus. 84. 3.5. 2ª Campanha Experimental. 85. 3.5.1. Caracterização do Solo. 85.

(8) PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. 3.5.2. Configuração da Malha de Pneus. 87. 4 Resultados e Análises. 89. 4.1. Comportamento do Reforço na 1ª Campanha Experimental. 89. 4.1.1. 01 Pneu Isolado. 89. 4.1.2. Pneus Cortados em Linha. 91. 4.1.3. Mais de uma Linha de Pneus Cortados. 92. 4.1.4. Malhas de Pneus Superpostos. 94. 4.1.5. Malha de Pneus sob Diferentes Tensões Confinantes. 95. 4.2. Comportamento do Reforço na 2ª Campanha Experimental. 97. 4.2.1. 01 Pneu Isolado. 99. 4.2.2. Pneus Cortados em Linha. 100. 4.2.3. Mais de uma Linha de Pneus. 101. 4.2.4. Influência de Banda Lateral do Pneu. 103. 4.2.5. Malha de Pneus sob Diferentes Tensões Confinantes. 103. 4.2.6. Diferentes Materiais de Preenchimento Interno. 107. 4.2.7. Deslocamentos Internos. 109. 4.3. Comparação entre as Campanhas. 114. 4.4. Comparação entre Pneus e Geogrelha. 117. 4.5. Considerações Finais. 118. 5 Mecanismo de Arrancamento. 121. 5.1. Mecanismo de Mobilização de Forças na Malha de Pneus. 125. 5.1.1. Força Gerada pelo Empuxo Passivo (3 ). 128. 5.1.2. Força lateral Atuante entre o Pneu e o Solo (3 ). 129. 5.1.3. Força de Atrito no Topo e na Base do Pneu (3 ). 130. 5.2. Verificação Experimental do Mecanismo Proposto. 131. 5.2.1. Determinação do Ângulo de Atrito Solo-pneu (δ). 133. 5.3. Estimativa da Força de Arrancamento da Malha de Pneus. 140. 6 Conclusões. 143. 7 Referências Bibliográficas. 145. ANEXO 1. 152. Resultados dos Ensaios de Arrancamento. 153. . .

(9) PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. . .

(10) /LVWDGHILJXUDV. Figura 1 - Deformações em um elemento de solo com e sem reforço (Abramento, 1998) Figura 2 - Reforço de um elemento de solo. 23 25. Figura 3 – Aumento da resistência com a introdução do reforço (Castro, 1999) 25 Figura 4- Modos de ruptura de estrutura de solo reforçado (Palmeira, 1987). 29. Figura 5 - Tipos de arranjos de pneus (Long, 1993). 37. Figura 6 - Partes constituintes de um pneu (O'Schaughnessy, 1997). 37. Figura 7 - Curvas típicas de arrancamento para arranjos de bandas de rodagem. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. achatadas (Long, 1993). 38. Figura 8 - Curvas típicas de arrancamento para arranjos de bandas de rodagem em anel (Long, 1993). 38. Figura 9 - Curvas típicas de arrancamento para arranjos de flancos de pneus (Long, 1993). 39. Figura 10 - Comportamento tensão-deformação da corda de polipropileno (O'Shaughnessy, 1997). 42. Figura 11 - Evolução da deformação do pneu submetido a ensaio de tração (O'Shaughnessy, 1997). 42. Figura 12 - Relação entre a força aplicada e a deformação vertical entre os diferentes tipos de pneus (O'Shaughnessy, 1997). 43. Figura 13 - Relação entre a força aplicada e a deformação vertical entre os diferentes tipos de pneus sob confinamento (O'Shaughnessy, 1997). 44. Figura 14 - Configurações de mantas de pneus ensaiadas por O'Shaughnessy (1997). 52. Figura 15 - Força de arrancamento vs deslocamento frontal para diferentes configurações de pneus cortados em areia sob σ’v de 14kPa (O’Shaughnessy) 55 Figura 16 - Força de arrancamento vs deslocamento frontal para diferentes configurações de pneus inteiros em areia sob σ’v de 14kPa (O’Shaughnessy) 55 Figura 17 - Comparação entre as resistências ao arrancamento da malha de pneus.

(11) em função da distância do talude do aterro (O’ Shaughnessy, 1997). 57. Figura 18 - Esquema da colocação de pneus na zona passiva além da superfície de ruptura (O’ Shaughnessy, 1997). 58. Figura 19 - Esquema das forças mobilizadas durante o arrancamento da malha de pneus (O' Shaughnessy e Garga, 2000). 59. Figura 20 - Curva típica da relação força de arrancamento vs deformação (O' Shaughnessy, 1997) Figura 21 - Muro de arrimo experimental utilizando pneus (Sieira, 1998). 61 64. Figura 22 - Desenho esquemático da estrutura e arranjo dos ensaios de. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. arrancamento (Sieira, 1998). 76. Figura 23 - Estrutura de reação e macaco hidráulico (Gerscovich, 2000). 77. Figura 24 - Vista geral do ensaio de arrancamento. 78. Figura 25 - Aterro antes da execução do ensaio. 78. Figura 26 - Aterro após a ruptura por arrancamento. 79. Figura 27 - Detalhe do sistema de aplicação e medição da carga de arrancamento (Gerscovich, 2000) Figura 28 - Sistema de medição de deslocamentos internos. 80 81. Figura 29 - Posicionamento dos medidores internos (tell-tails) nas diferentes configurações de malhas de pneus. 81. Figura 30 - Curvas Granulométricas do solo utilizado na 1ª campanha (Fontes, 1997). 82. Figura 31 - Envoltórias de resistência do solo da 1ª campanha (Fontes, 1997). 83. Figura 32 - Configurações das malhas de pneus ensaiadas na 1ª Campanha. 84. Figura 33 - Curva granulométrica do solo arenoso utilizado na 2ª Campanha. 85. Figura 34 - Envoltória de resistência do solo da 2ª campanha na condição seca 87 Figura 35 - Configurações das malhas de pneus ensaiadas na 2ª Campanha. 88. Figura 36 - Resultados de arrancamento de 1 pneu em solo residual compactado 90 Figura 37 - Ensaios de arrancamento em linha transversal de pneus cortados em solo residual compactado. 91. Figura 38 - Ensaios de arrancamento normalizados em função do número de pneus cortados em linha transversal em solo residual compactado. 92. Figura 39 - Ensaios de arrancamento em malhas de pneus cortados com número de linhas crescentes em solo residual compactado. 93.

(12) Figura 40 - Ensaios de arrancamento normalizados em função do número de pneus cortados em malhas com linhas crescentes em solo residual compactado. 93. Figura 41 - Influência de camadas de pneus cortados superpostos em solo residual compactado. 94. Figura 42 - Ensaios de arrancamento para diversos valores de tensão confinante para 4x3x4x3 pneus sobrepostos cortados em solo residual compactado. 96. Figura 43 - Ensaios de arrancamento para diversos valores de tensão confinante para 4x3x4x3 pneus sobrepostos inteiros em solo residual compactado. 96. Figura 44 - Variação da resistência ao arrancamento com a tensão confinante vertical em solo residual compactado. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. Figura 45 - Resultados de arrancamento de 1 pneu em areia compactada. 97 99. Figura 46 - Ensaios de arrancamento em linha transversal de pneus cortados em areia compactada. 100. Figura 47 - Ensaios de arrancamento normalizados em função do número de pneus cortados em linha transversal em areia compactada. 101. Figura 48 - Ensaios de arrancamento em malhas de pneus cortados com número de linhas crescentes em areia compactada. 102. Figura 49 - Ensaios de arrancamento em malhas de pneus inteiros com número de linhas crescentes em areia compactada. 102. Figura 50 - Ensaios de arrancamento em pneus cortados e inteiros em areia compactada. 104. Figura 51 - Comportamento de linha transversal de 4 pneus cortados sob diferentes valores de σ' v em areia compactada. 105. Figura 52 - Comportamento de 4x3 Pneus Inteiros sob σ’ v de 16,8 e 42 kPa em areia compactada. 105. Figura 53 - Variação da resistência ao arrancamento com a tensão confinante vertical em areia compactada. 106. Figura 54 - Variação da resistência ao arrancamento unitária com a tensão confinante vertical em areia compactada. 106. Figura 55 - Deslocamentos frontais unitários medidos no instante da ruptura por arrancamento em função da tensão confinante vertical em areia compactada 107.

(13) Figura 56 - Comportamento de malha de pneus cortados preenchidos com solocimento e areia. 108. Figura 57 - Comportamento de malha de pneus cortados preenchidos com placa de concreto e areia. 109. Figura 58 - Força de arrancamento vs deslocamentos internos: 4x3x4 pneus cortados sob σ' v de 8,4 kPa. 110. Figura 59 - Força de arrancamento vs deslocamentos internos: 4x3x4 pneus cortados sob σ' v de 25,2 kPa. 111. Figura 60 - Deslocamentos internos em 4x3x4 pneus cortados sob σ' v de 25,2 kPa 112 Figura 61 - Deslocamentos internos em 4x3x4 pneus cortados sob σ' v de 8,4 kPa PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. 112 Figura 62 - Deslocamentos internos 4x3x4x3 pneus inteiros sob σ' v de 16,8 kPa 113 Figura 63 - Deslocamentos internos na ruptura: 4x3x4 pneus cortados. 114. Figura 64 - Carga de arrancamento normalizada por número de pneus (1ª Campanha). 115. Figura 65 - Carga de arrancamento normalizada por número de pneus (2ª Campanha). 115. Figura 66 – Carga por pneu normalizada em relação a altura de sobrecarga (2ª Campanha). 117. Figura 67 - Comparação entre 4x3 pneus inteiros e geogrelha mono-orientada 118 Figura 68 - Resultados de arrancamento vs deslocamento frontal com σ’ v de 25,2 kPa para diversas malhas de pneus cortados. 121. Figura 69 - Esquema da indicação da força de arrancamento e deslocamento frontal na ruptura para cada linha de pneus. 123. Figura 70 - Parcela de força de arrancamento por linha de pneu na ruptura vs distância de embutimento da linha Figura 71 - Esquema das forças atuantes na malha de pneus. 125 126. Figura 72 - Determinação experimental da força gerada pelo empuxo passivo Ppe 131 Figura 73 - Comparação entre os valores calculados e experimentais do empuxo passivo. 133.

(14) Figura 74 - Valor médio de tangente (δ) para a 2ª linha de pneus. 134. Figura 75 - Valor médio de tangente (δ) para a 3ª linha de pneus. 135. Figura 76 - Valor médio de tangente (δ) para a 1ª linha de pneus. 137. Figura 77 - Variação de tangente (δ) por linhas de pneus. 138. Figura 78 - Relação entre o coeficiente de atrito aparente (F*) e o número de pneus. 139. Figura 79 - Comparação entre as forças de arrancamento (calculadas) na ruptura 141 Figura 80 - Relação entre as forças de arrancamento calculadas e a tensão de confinamento. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. . 142.

(15) /LVWDGHWDEHODV. Tabela 1 - Resultados dos Ensaios de Arrancamento em areia (O’Shaughnessy, 1997). 53. Tabela 2 - Resultados dos Ensaios de Arrancamento em solo Coesivo (O’Shaughnessy, 1997) Tabela 3 – Caracterização dos materiais utilizados por Madureira (2003). 54 68. Tabela 4 - Caracterização do solo residual utilizado na 1ª campanha (Fontes, 1997). 83. Tabela 5 - Frações granulométricas do solo arenoso utilizado na 2ª Campanha 86. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. Tabela 6 - Sumário dos resultados dos ensaios de arrancamento da 1ª Campanha 90 Tabela 7 - Resultados dos ensaios de arrancamento de pneus cortados: 2ª Campanha. 98. Tabela 8 - Resultados dos ensaios de arrancamento de pneus inteiros: 2ª Campanha Tabela 9 - Parcelas da força de arrancamento por linha de pneus. 99 124. Tabela 10 - Força gerada pelo empuxo passivo do solo calculado e experimental 132 Tabela 11 - Valores do ângulo de atrito (δ) para a 2ª linha de pneus. 134. Tabela 12 - Determinação de tangente (δ) para a 3ª linha de pneus. 135. Tabela 13 - Determinação de tanδ para a 4ª linha de pneus. 136. Tabela 14 - Determinação de tanδ para a 1ª linha de pneus. 137. Tabela 15 - Valores do coeficiente de atrito aparente (F*) para as malhas de pneus 139 Tabela 16 - Comparação das forças de arrancamento calculadas e experimentais na ruptura Tabela 17 - Resultados das duas campanhas de ensaios de arrancamento. . 141 153.

(16) /LVWDGHVtPERORV ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Are. Área do reforço com malha de pneus. A’ re. Área do reforço definida por O’Shaughnessy. b. Largura do reforço. c’. Intercepto de coesão efetiva. C. Perímetro efetivo do reforço (C = 2 para tiras, grelhas e mantas e. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. C = π para grampos) dp. Diâmetro dos pneus. dh1. Deslocamento horizontal interno medido no “tell-tail” número 1. dh2. Deslocamento horizontal interno medido no “tell-tail” número 2. dh3. Deslocamento horizontal interno medido no “tell-tail” número 3. Dr. Densidade relativa. e. Índice de vazios. I. Fator geométrico que relaciona a área sólida do reforço com a área total do plano de deslizamento. Fq. Fator de capacidade de carga devido à sobrecarga. F*. Fator de resistência ao arrancamento definido por O’Shaughnessy. Gs. Densidade real dos grãos. L. Comprimento do reforço. Le. Comprimento efetivo do reforço na zona resistente (situada além da superfície potencial de ruptura). h. Altura do aterro. hp. Altura do pneu. IP. Índice de plasticidade. ka. Coeficiente de empuxo ativo do solo. kp. Coeficiente de empuxo passivo do solo. K. Relação entre a tensão normal efetiva real e a tensão efetiva da. / . sobrecarga, dependente da geometria do reforço Comprimento frontal da linha de pneus. /. Comprimento lateral da linha de pneus. LL. Limite de liquidez. .

(17) LP. Limite de Plasticidade. n pl. Número de pneus longitudinais ao arrancamento. n pt. Número de pneus transversais ao arrancamento. P. Força de arrancamento. Pp. Força de empuxo passivo na cunha frontal de solo. P pc. Força de empuxo passivo calculada. P pe. Força de empuxo passivo experimental. 3. Força lateral atuante entre pneu e solo. . 3. Força gerada pelo atrito no contato topo e base entre pneu e solo. . 3. Resistência ao arrancamento por unidade de largura do reforço. . 31. 3 . PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. . 33. Força de arrancamento na 1ª linha de pneus Força de arrancamento na 2ª linha de pneus Força de arrancamento na 3ª linha de pneus. 34 . Força de arrancamento na 4ª linha de pneus. P rup. Força de arrancamento na ruptura. P sub. Força de arrancamento nas linhas subsequentes. Rc. Resultante do empuxo (por metro) da cunha frontal atuante na linha de pneus. Rl. Resultante das forças laterais atuantes na altura do pneu. Rt. Razão de cobertura do reforço (área equivalente de reforço por metro de largura). Si. Grau de saturação inicial do solo. SUC. Sistema Unificado de Classificação. T. Força cisalhante média ao longo do reforço. Vw. Volume da cunha frontal de solo definido por O’Shaughnessy. ∆3 . ∆3 ∆3 α. Parcela da força de arrancamento para ruptura da 3ª linha de pneus. . Parcela da força de arrancamento para ruptura da 4ª linha de pneus Fator de correção. α α. Parcela da força de arrancamento para ruptura da 2ª linha de pneus. Coeficiente de aderência (para correção da geometria do reforço). . Coeficiente de eficiência ao deslizamento. αβ. Fator estrutural para a resistência passiva. α. Fator estrutural para a resistência devida ao atrito. .

(18) δ. Ângulo de atrito na interface solo-pneu. φ’. Ângulo de atrito efetivo do solo. ωi. Umidade inicial do solo. γd. Peso específico seco. γt. Peso específico total. µ∗. Coeficiente de atrito efetivo ou aparente. v. σ’ v n. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. τsr. Tensão vertical total Tensão vertical efetiva Tensão normal Tensão cisalhante ao longo da interface solo reforço.

(19) ,QWURGXomR. A técnica de solo reforçado, com a inclusão de elementos metálicos ou geossintéticos na massa de solo, permite a execução de obras geotécnicas com confiabilidade, baixo custo e prazos reduzidos. Muitos pesquisadores vêm estudando a possibilidade de utilizar novos elementos como componentes de solo reforçado. Estes estudos são motivados,. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. principalmente, por questões ambientais e de resistência do solo. Buscase em geral o uso de materiais descartados em abundância no meio ambiente, os quais possam melhorar as características de resistência e deformabilidade do solo. Pneus usados são elementos que fazem parte deste contexto. Eles são rejeitos sólidos, produzidos em grande quantidade, principalmente nos grandes centros urbanos de todo o mundo. Muitas vezes, por falta de opção de descarte e por custos elevados, estes materiais são depositados em pilhas ao ar livre, gerando sérios riscos ambientais e de saúde pública. Países como França, Canadá e Brasil desenvolveram vários estudos com o objetivo de minimizar esta problemática e propiciar uma nova utilização para os pneus usados. Dentre eles, merece destaque a implementação deste elemento como material constituinte de solo reforçado. Os pneus usados podem proporcionar uma alternativa que associa as vantagens mecânicas do solo reforçado, facilidade de execução, matéria prima abundante e baixo custo. Seguindo esta linha, o presente trabalho apresenta os resultados de duas campanhas experimentais de ensaios de arrancamento no campo, a fim de avaliar a potencialidade do uso de pneus como elemento de reforço e o comportamento em termos de resistência e deformabilidade para diferentes arranjos de pneus cortados ou inteiros..

(20) 20. No capítulo 2, é realizada uma breve revisão bibliográfica do conceito de solos reforçados, dos ensaios de arrancamento e da utilização de pneus em obras de construção civil. No capítulo 3, apresenta-se o programa experimental. São abordadas as características dos pneus, a metodologia dos ensaios de arrancamento realizados no campo, a caracterização dos materiais utilizados como aterro e as configurações de malhas de pneus para as duas campanhas de ensaios. São apresentados, ainda, detalhes da estrutura de reação utilizada e da instrumentação de campo adotada. O capítulo 4 apresenta os resultados e as análises da primeira e da segunda campanha de ensaios de arrancamento no campo. São. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. comparados os resultados de ensaios com pneus inteiros ou cortados, submetidos a diferentes níveis de tensão vertical e configurações geométricas da malha. O capítulo 5 apresenta uma análise do mecanismo de arrancamento atuante na malha de pneus. É discutido o comportamento dos pneus perante a solicitação de arrancamento, mostrando-se um esquema das forças atuantes no mecanismo..

(21) 5HYLVmR%LEOLRJUiILFD. 2&RQFHLWRGH6ROR5HIRUoDGR O conceito de solo reforçado vem sendo desenvolvido com grande intensidade nas últimas décadas. A utilização de elementos de reforço apresenta a vantagem de melhorar as propriedades mecânicas dos solos,. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. permitindo a construção de taludes mais íngremes, em aterros e estruturas de contenção. A introdução de elementos resistentes no solo com uma certa orientação é uma maneira eficaz de melhorar as características de um maciço terroso, aumentando assim sua resistência e diminuindo sua deformabilidade. O princípio básico de solos reforçados consiste na transferência de esforços atuantes no maciço para os elementos de reforço.. +LVWyULFRGDV7pFQLFDVGH5HIRUoRGH6RORV Há três mil anos, os babilônios utilizavam materiais fibrosos nas suas construções. Em meados de 1000 A.C, varas de bambu e junco foram utilizadas no reforço de tijolos de barro, e de solos granulares para auxiliar na construção de diversas obras de terra. Os romanos, por sua vez, construíram muros de contenção lançando mão de troncos perpendiculares à face, imersos em diferentes tipos de solos, desde o século I A.C. Na construção da muralha da China, há 2000 anos, foram executadas seções onde a argila e o cascalho foram misturados com fibras naturais. Os Incas utilizavam misturas de argila e lã de lhamas para o reforço de pavimentos de estradas. A estrada para o templo de La Luna (Peru) é um exemplo deste tipo de aplicação (Palmeira, 1993). Estas.

(22) 22. aplicações, apesar de antigas, permanecem atuais e mesmo depois de tantos anos continuam exercendo as funções para as quais foram projetadas (Jones, 1996; Tenax, 1997). De fato, é interessante notar que a idéia de solo reforçado vem acompanhando. a. humanidade. há. séculos.. No. entanto,. foi. há. aproximadamente quatro décadas que o arquiteto francês Henri Vidal desenvolveu com pioneirismo o campo das modernas técnicas de reforço, patenteando o sistema “Terra Armada”, que utiliza tiras de aço galvanizado como reforço (Sprague, 1998). A definição de solo reforçado evoluiu rapidamente, com a descoberta e o desenvolvimento de materiais poliméricos sintéticos nas décadas seguintes.. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. Foram então construídas as primeiras contenções utilizando geotêxteis como reforço (Mitchell e Villet, 1987) e datam da mesma época as primeiras aplicações de geogrelhas para estabilização de aterros no Japão (Jones, 1996). Estima-se que, na década de 70, a utilização de geotêxteis cresceu de 2 para 90 milhões de metros quadrados, somente na América do Norte (John, 1987). No Brasil, os geossintéticos também têm sido empregados desde o início da década de 70, principalmente em sistemas de drenagem. A primeira obra de grandes dimensões foi executada na rodovia que liga Taubaté a Campos de Jordão (Carvalho et al, 1986). Hoje em dia utilizam-se técnicas de reforço de solos, para os mais variados tipos de obras, como reforço na base de aterros, aterros sobre solos moles, pavimentos rodoviários ou ferroviários e estruturas de contenção. Diante das distintas finalidades e vantagens de utilização de reforço em obras de engenharia geotécnica, vários centros de pesquisa, empresas geotécnicas e indústrias petroquímicas espalhadas pelo mundo têm concentrado esforços para o aumento do conhecimento sobre o comportamento de estruturas em solo reforçado (Palmeira, 1993). Tais instituições promovem estudos teóricos e experimentais, sobre as diferentes técnicas de reforço de solos..

(23) 23. )DWRUHVTXH,QIOXHQFLDPR&RPSRUWDPHQWRGH6ROR5HIRUoDGR Os solos apresentam boa resistência a esforços de compressão e baixa resistência a esforços de tração. Quando uma massa de solo sofre carregamento vertical (ou descarregamento lateral), ela apresentará deformações axiais de compressão e deformações laterais de extensão (tração). No entanto, quando esta massa de solo encontra-se reforçada, os movimentos laterais são limitados pela rigidez do reforço. A tendência do solo mover-se em relação ao reforço gera tensões cisalhantes na interface solo/reforço (Wheeler, 1996). A Figura 1 ilustra o princípio básico do comportamento do solo reforçado. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. σ1 Posição Inicial Situação deformada sem reforço. Elemento de Solo. σ3. (a) Elemento de solo sem reforço. σ1 Posição Inicial. Elemento de Solo. Situação deformada com reforço. Reforço. σ3. (b) Elemento de solo com reforço. Figura 1 - Deformações em um elemento de solo com e sem reforço (Abramento, 1998). Note que o elemento de solo sem reforço, ilustrado na Figura 1(a), mediante a aplicação de um carregamento vertical sofre deformações laterais em maior magnitude do que o elemento de solo reforçado,.

(24) 24. ilustrado na Figura 1(b). Isto ocorre porque as tensões cisalhantes geradas na interface solo-reforço são absorvidas pelo próprio reforço, que é tracionado e redistribui as tensões aplicadas no solo. Esta redistribuição de tensões gera uma parcela de confinamento interno, adicional ao confinamento externo já existente. O ganho de resistência à tração surge em razão da resistência ao cisalhamento mobilizada entre o solo e o reforço, sendo que sua intensidade varia de acordo com o tipo de reforço adotado. A ruptura de um solo não reforçado acontece quando a tensão cisalhante. em. um. determinado. plano. supera. a. resistência. ao. cisalhamento do material, como ilustra a Figura 2(a). No caso do solo. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. reforçado, há um aumento do confinamento interno, mesmo que o estado de tensões externo se mantenha constante. Com isso ocorre um incremento da resistência ao cisalhamento do conjunto solo-reforço, evitando assim a ruptura por cisalhamento do material, como ilustra a Figura 2(b). A Figura 3, tem como objetivo possibilitar um melhor entendimento do estado de tensões, em uma amostra de solo reforçado submetida a carregamento axial em ensaio triaxial. Nesta figura, é ilustrado o estado de tensões do solo sem e com reforço. Observa-se, que a envoltória do solo reforçado obtida a partir dos ensaios, indica a existência de um intercepto de coesão aparente do conjunto. O solo reforçado poderá absorver maiores carregamentos sem que ocorra a ruptura, produzindo deformações laterais e axiais significativamente limitados. Com a inclusão do reforço ocorre um re-arranjo das tensões, verificando-se o surgimento de uma resistência à tração, que aumenta as tensões principais possibilitando uma maior resistência ao cisalhamento do conjunto. Este ganho de resistência é controlado por dois fatores: a resistência à tração do reforço sob condições confinadas e a resistência que o reforço oferece ao arrancamento da massa de solo, portanto o mecanismo depende das características do solo, do reforço e de sua interação..

(25) PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. 25. Figura 2 - Reforço de um elemento de solo. Figura 3 – Aumento da resistência com a introdução do reforço (Castro, 1999).

(26) 26. O projeto de uma estrutura de solo reforçado requer a verificação de dois fatores: estabilidade interna e externa do sistema. Para garantir a estabilidade interna de uma massa de solo reforçado, é necessário assegurar-se que, a mesma se auto-suporta sob a ação de seu peso próprio e de sobrecargas externas, isto é, a verificação da integridade estrutural do maciço reforçado. Sob este aspecto, devem ser averiguados a ruptura do reforço e o arrancamento do reforço. O tipo de reforço especificado deve resistir aos esforços de tração a que esta sendo solicitado, a fim de evitar que, a inclusão rompa por falta de resistência a tração. No caso de arrancamento, a ruptura ocorre por falta de aderência entre o solo e o reforço, uma vez que, o comprimento de ancoragem do. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. reforço na zona estável é insuficiente. A estabilidade externa por sua vez, é considerada de forma semelhante ao caso de um muro de gravidade, em que se verifica a segurança contra a ocorrência de quatro possíveis mecanismos potenciais de ruptura: deslizamento da base, tombamento, capacidade de carga do solo de fundação e ruptura global.. &DUDFWHUtVWLFDVGR6ROR O comportamento da estrutura de solo reforçado está diretamente ligado às características do solo utilizado no conjunto solo-reforço. Os solos arenosos são geralmente preferidos para a constituição dos aterros e estruturas de contenção reforçadas, por terem comportamento geomecânico conhecido com uma parcela de resistência por atrito bastante acentuada (Sprague, 1998). Mitchell e Zornberg (1994) citam as desvantagens da adoção de solos coesivos e com alto conteúdo de finos como material de aterro: baixa resistência, variabilidade do teor de umidade, deformabilidade volumétrica significativa, fluência (creep), etc. De acordo com Palmeira (1993), a utilização de reforço em solos coesivos ainda é pouco conhecida e deve ser tratada com cautela devido ao baixo grau de.

(27) 27. interação entre o reforço e o solo coesivo. Existe também a problemática de geração e dissipação de poro-pressões em solos de baixa permeabilidade. Segundo o autor, há necessidade de mais pesquisas nesta área para um melhor entendimento do comportamento de solos finos reforçados. No entanto, em casos de obras de solos reforçados, as jazidas de material de empréstimo arenoso podem não se situar nas proximidades do empreendimento, o que elevaria demasiadamente o custo da implantação da solução. Sendo assim, diversos pesquisadores vêm estudando a utilização de reforço em solos coesivos. Ehrlich (1998) defende a utilização de solos residuais em aterro como alternativa ao. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. emprego de solos arenosos nas estruturas reforçadas. Isto pode facilitar a obtenção de material para empréstimo próximo da área a ser reforçada. Ehrlich (1998) afirma que aplicabilidade de solos com alto teor de finos, na construção de maciços reforçados vem sendo gradativamente mais aceita. Em várias obras instrumentadas verificam-se poropressões negativas durante todo o período construtivo e excelente comportamento em linhas gerais (Ehrlich, 1994 e 1999). No uso de solos finos, sob condições não saturadas, pode-se contar com uma significativa coesão aparente, ocasionando um ganho extra de resistência ao cisalhamento. Fato a ser considerado caso haja um sistema eficiente de drenagem a longo prazo.. &DUDFWHUtVWLFDVGR5HIRUoR A compatibilidade de deformações entre solo e reforço é de suma importância, gerando inúmeros estudos sobre o comportamento mecânico de reforços (Gray et al., 1982; Jewell e Wroth, 1987). Os precursores no estudo da influência da deformabilidade e da resistência do reforço, na deformação relativa entre solo e reforço foram McGown et al. (1978) e Gray e Ohashi (1983); que consideram também o comportamento geral da estrutura, quando a inclusão trabalha sob tração. Schlosser e Guilloux.

(28) 28. (1981) e Schlosser et al. (1984) relatam o efeito da dilatância, proveniente das características do solo e do reforço, no aumento das tensões atuantes na inclusão. O comportamento tensão-deformação do elemento de reforço é determinado, a partir de ensaios de tração executados em laboratório, com procedimentos normalizados. Vidal (1998) relata as normas para estes ensaios em geossintéticos. O procedimento de ensaio consiste em colocar uma amostra de reforço, entre as duas garras de um dispositivo de tração, prendendo-a de modo eficaz em toda a sua largura, aplicandose esforços longitudinais até a ruptura. A partir das magnitudes das forças aplicadas e das deformações correspondentes, são calculadas as. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. características do reforço (resistência à tração, rigidez, alongamento máximo).. ,QWHUDomRHQWUH6RORH5HIRUoR A interação entre solo e reforço é de vital importância para a eficácia. do. conjunto. solo. reforçado.. Este. assunto. vem. sendo. freqüentemente estudado nos últimos anos (Ingold, 1983; Jewell et al., 1984; Rowe et al., 1985; Koerner, 1986; Palmeira, 1987; Delmas et al., 1988; Juran et al., 1988; Bergado et al., 1993; Atmatzidis e Athanasopoulos, 1994; Zettler et al., 1998). São vários os modos de interação possíveis entre o solo e o reforço, tornando complexo o estudo do assunto. A Figura 4 ilustra um exemplo típico de uma seção de um muro reforçado. Nesta figura, são relacionados os quatro modos de solicitação principais, a que basicamente um muro reforçado é submetido: (A) compressão biaxial, (B) tração do reforço, (C) atrito na interface solo/reforço e (D) arrancamento do reforço da massa de solo..

(29) 29. Figura 4- Modos de ruptura de estrutura de solo reforçado (Palmeira, 1987). PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. Caso (A): Analisa o solo reforçado como um material homogêneo, utilizando a condição de axissimetria (Ingold, 1982), onde as camadas de reforços são regularmente espaçadas na massa de solo, na direção de maior deformação (Bassett e Last, 1978). Uma quantidade significativa de ensaios triaxiais em solos reforçados foi executada, variando-se o tipo de solo (solos coesivos, arenosos e amostras compostas de diversas camadas de solos distintos) (Saxena et al., 1982). Gourc e Beech (1989) variaram o tipo do reforço, as condições de drenagem e o tipo de carregamento. Caso (B): O valor da tração máxima no reforço age no ponto que intercepta a superfície de ruptura. Este tipo de ocorrência pode ser simulado em laboratório, inserindo-se o reforço com a inclinação desejada dentro de uma caixa de cisalhamento direto (Palmeira, 1987 e Sieira, 2003). Adicionalmente podem ser executados ensaios de tração confinada no material. Caso (C): A modelagem da interface solo-reforço é fundamental para a obtenção dos parâmetros de resistência ao cisalhamento e para conhecer a função de transferência de tensões tangenciais entre reforço e solo (Sáez, 1997). Equipamentos de cisalhamento direto são indicados para este tipo de estudo. As tensões geradas são função das deformações no solo imediatamente adjacente ao reforço, e do deslizamento do contato entre ambos. Conforme o deslizamento vai acontecendo, observa-se a formação de planos de ruptura paralelos à.

(30) 30. direção do reforço, cuja localização depende das características de deformação e da geometria. Se a superfície de inclusão for lisa, e o material que a constitui pouco rígido, a ruptura tenderá a ocorrer no contato, através do deslizamento dos grãos de solo ao longo da interface. Se a inclusão for áspera, com reentrâncias, os planos tenderão a se formar no solo (Gourc e Beech, 1989). Para a obtenção de parâmetros de atrito na interface, Stark e Poeppel (1994) descrevem ensaios em equipamentos de cisalhamento torsional. Caso (D): Quando os esforços de tração aplicados no reforço da massa de solo, são superiores à resistência que o solo oferece ao deslocamento relativo entre ambos, ocorre o fenômeno do arrancamento.. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. Igualmente ao descrito no caso (C), são vários os fatores que influenciam o mecanismo de transferência de tensões. O ensaio executado para o estudo. deste. modo. de. ruptura. é. conhecido. como. ensaio. de. arrancamento. (QVDLRVGH/DERUDWyULRHGH&DPSR As características de interação entre o solo e os reforços podem ser determinadas por meio de ensaios de laboratório ou de campo. Os ensaios comumente empregados são os de cisalhamento direto (laboratório) e os de arrancamento. Tanto os ensaios de cisalhamento direto como o de arrancamento reproduzem de maneira aproximada o comportamento dos reforços no interior do maciço de solo. A escolha por um ou outro ensaio depende do tipo de movimento relativo, responsável pela mobilização da resistência nas interfaces do solo reforçado. O ensaio de cisalhamento direto reproduz as condições existentes quando um bloco do solo reforçado tende a deslizar sobre uma camada de reforço. O ensaio de arrancamento reproduz condições que ocorrem atrás da superfície potencial de ruptura, onde a massa que tende a deslizar é equilibrada pela tensão de tração que se desenvolve nos reforços..

(31) 31. (QVDLRVGH&LVDOKDPHQWR'LUHWRHP6ROR5HIRUoDGR No caso de solo reforçado recomenda-se o uso de equipamentos de cisalhamento direto de dimensões superiores a dos tradicionais. Quanto maior a caixa de cisalhamento utilizada, mais apropriados são os resultados, já que assim há uma diminuição do indesejável efeito escala nos parâmetros que se deseja obter. O reforço é colocado entre as duas metades da caixa de cisalhamento, sendo a resistência mobilizada, pelo deslizamento relativo de uma das metades da caixa em relação ao reforço. A inclusão do reforço no interior da caixa de cisalhamento direto procura reproduzir uma situação em que o reforço modifica o mecanismo PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. de ruptura do solo. Durante o ensaio, mede-se a força horizontal necessária para deslocar a parte superior da caixa de cisalhamento, com a amostra sob tensão normal constante. Considera-se como resistência ao cisalhamento, o maior valor da razão entre a força cisalhante e a área corrigida da amostra. São executados vários ensaios, para diferentes tensões normais, obtendo-se a envoltória de resistência e os parâmetros de interface: ca (adesão solo-reforço) e δ (ângulo de atrito solo-reforço). Desta forma, os ensaios de cisalhamento direto fornecem dados sobre a resistência mobilizada na interface, quando o movimento relativo corresponde ao deslocamento de parte da massa de solo em relação ao reforço (Figura 4 item c). (QVDLRVGH$UUDQFDPHQWR A execução de ensaios de arrancamento é recomendada para verificar, de forma aproximada, as particularidades da interação soloreforço e as deformações do reforço no interior do solo. Para a realização deste ensaio, é necessária uma estrutura de reação para suportar a carga de arrancamento aplicada no reforço. O procedimento básico consiste em se tracionar o reforço imerso no solo e determinar a evolução dos deslocamentos do reforço. A carga de.

(32) 32. arrancamento pode ser aplicada horizontalmente, através de macacos hidráulicos e transmitida ao reforço por meio de correntes ou garras. O ensaio pode ser realizado em. laboratório,. em equipamento de. cisalhamento direto, adaptado para este fim, ou no campo, onde o reforço é disposto na direção horizontal e a seguir confinado por um aterro, cuja altura depende da tensão vertical confinante desejada. Monitorando-se os deslocamentos de diversos pontos situados ao longo do reforço no interior do solo, pode-se obter o desenvolvimento das deformações e da mobilização das tensões no reforço. Desta maneira, têm-se informações sobre o mecanismo de mobilização do reforço e conseqüentemente de sua interação com o solo. A medição destes. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. deslocamentos é usualmente realizada por meio de cabos de aço ligados aos diversos pontos do reforço (tell-tail), sendo as leituras feitas na extremidade livre localizada fora do aterro. É possível também a utilização de strain gages para medições de deformações. Diversos. pesquisadores. já. realizaram. ensaios. de. campo,. desenvolveram aparelhos de ensaio em laboratório e implementaram modelos matemáticos para descrever o comportamento dos reforços quando submetidos ao arrancamento (Palmeira, 1987; Christopher e Berg, 1990; Farrag et al., 1993; Bergado e Chai, 1994; Alfaro et al., 1995; Chang et al., 1995; Miyata, 1996, Castro 1999 e Palmeira 1999). Apesar disso, os procedimentos para a determinação da resistência ao arrancamento ainda não foram normatizados. Assim como os ensaios de cisalhamento direto, os ensaios de arrancamento fornecem os parâmetros de aderência e atrito, necessários para os projetos de estruturas de solo reforçado, baseados em métodos de equilíbrio limite. McGown et al. (1998) sugerem a adoção de um coeficiente de redução parcial quando os valores de resistência soloreforço forem obtidos por meio de ensaios de arrancamento..

(33) 33. 5HXWLOL]DomRGH3QHXV8VDGRV Pneus usados são resíduos urbanos, produzidos e descartados em grandes quantidades, particularmente em regiões densamente ocupadas. Não são biodegradáveis e, em função de sua composição, formato e resistência à compactação, ocupam extensas áreas de depósitos. Em todo o mundo, são produzidos anualmente cerca de 800 milhões de pneus, sendo que 32 milhões deste montante são produzidos pelo Brasil. No município do Rio de Janeiro, calcula-se que 4 milhões de pneus usados são descartados anualmente (Mousinho, 1997). A destinação adequada destes rejeitos é um problema de ordem PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. mundial. Nos Estados Unidos são produzidos aproximadamente 250 milhões de pneus por ano, dos quais, 180 milhões são descartados e somados aos mais de 2 bilhões que já se acumulavam em pilhas ou aterros (Blumenthal, 1993). Freqüentemente são encontrados pneus em cursos d’água, jogados à beira da estrada ou depositados sem nenhum controle, junto com lixo orgânico e outros compostos. Portanto, a disposição final dos pneus constitui-se em um problema ambiental de grandes proporções, existindo um grande interesse no desenvolvimento de novas tecnologias para aproveitamento deste rejeito (Mousinho, 1997). Os pneus usados são usualmente depositados em pilhas ao ar livre,. criando. um. ambiente. propicio. à. proliferação. de. insetos,. especialmente em regiões de clima tropical e precárias condições de saneamento urbano. Os depósitos de pneus são potenciais alvos de incêndios, devido à quantidade de petróleo e outras substâncias químicas presentes na sua composição. A combustão dos pneus produz gases altamente tóxicos que poluem a atmosfera e descarregam compostos oleosos que contaminam o subsolo, promovendo sérias implicações ao meio ambiente, das quais, afetam principalmente a qualidade do ar e da água subterrânea. Alguns países como Canadá, Estados Unidos, Japão e europeus, vêm impondo medidas drásticas para a disposição final de pneus usados..

(34) 34. Observa-se, portanto, uma crescente preocupação com esta questão e o estímulo a uma política de redução, reutilização e reciclagem do pneu usado. A redução consiste fundamentalmente no incentivo a tecnologias inovadoras que aumentem a vida útil do pneu e a políticas para a redução do uso de automóveis. A reutilização de pneus procura elevar o número de pneus recauchutados. O Brasil é o 2ª maior produtor mundial com aproximadamente 15 milhões de pneus anualmente recauchutados. Reciclar tem como objetivo reutilizar a borracha dos pneus como componente para novos materiais. Na engenharia, a reutilização de pneus inteiros ou processados, surge como uma opção cada vez mais incentivada. Os pneus usados. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. podem ser utilizados em obras de construção de muros de gravidade, reforço de aterros, proteção de taludes, redistribuição de tensões sobre dutos enterrados, criação de recifes artificiais, defensas marítimas, barreiras de impacto e encontro de pontes (Long, 1990; Schlosser, 1994). Mais especificamente no campo da Geotecnia, vêm sendo executados estudos para promover reforços de solo com materiais capazes de suportar tensões trativas com menor custo (Sieira, 1998). A utilização de pneus usados é uma alternativa que associa baixo custo à eficiência mecânica, quando comparada com técnicas convencionais. O material composto por solo preenchendo os pneus usados é usualmente denominado “solo-pneu” ou “pneusol” (Long, 1990). O termo “solo” abrange um conjunto de partículas provenientes da decomposição da rocha, que podem ser escavados com facilidade. O termo “pneu” abrange todas as partes de um pneu usado (paredes laterais e superfície de rolamento). Nas obras de cotenção, os pneus podem ser amarrados, dispostos em camadas horizontais e preeenchidos com solo. Este conjunto produz um material capaz de suportar altas tensões trativas no plano horizontal. Em síntese, a utilização de pneus usados na construção civil apresenta-se como uma alternativa convidativa pelas seguintes razões: redução de custos, redução de riscos de acidentes ecológicos, tecnologia de fácil execução no campo e melhoramento das propriedades mecânicas do solo utilizado..

(35) 35. +LVWyULFRGD([SHULrQFLDFRP3QHXV ([SHULrQFLD)UDQFHVD O grande volume de pneus usados descartados no meio ambiente, motivou na década de 70, os pesquisadores do Laboratório Central de Ponts et Chausées (França), a estudos de solos reforçados com pneus. Objetivando contribuir para a solução de um problema ambiental, os engenheiros franceses empregaram pneus usados em obras de engenharia e atualmente vêm projetando obras em diversos tipos de estruturas. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. A maior parte desta experiência foi comentada no trabalho de Long (1993). Sua descrição é prática e contem métodos construtivos e monitoramento de dezenas de obras projetadas pelo autor, permitindo verificar a possibilidade de aplicação dos pneus como material de construção na engenharia. A primeira pesquisa documentada do mecanismo e projeto utilizando a técnica de solo-pneus, ocasionou a construção do primeiro muro experimental em Langres, 1982. A construção desse muro, com 5m de altura e 10m de extensão, demonstrou a viabilidade de execução de estruturas a partir do lançamento de camadas de pneus preenchidos com solo. Long (1984) promoveu uma pesquisa sobre a hipótese de utilização de pneus usados como reforço de aterros. Os pneus eram distribuídos em camadas preenchidas com solo, originando um material denominado de “pneusol”. Long concluiu que o material em questão era capaz de absorver deformações estáticas e dinâmicas, possuindo elevada resistência, principalmente a tensões de tração. Deste ponto em diante, uma série de estruturas foram construídas como obras de contenção. Long (1990) descreve a reutilização de pneus usados na construção do muro de gravidade de Bussang em 1987. Este muro continha 6 trechos distintos, com alturas variando de 2 a 7m e um comprimento total da ordem de 650m. Na França, às margens da rodovia.

(36) 36. Kruth-Marstein, perto da Barragem de Wildenstein, encostas instáveis, com inclinação natural da ordem de 30 a 40º, foram estabilizadas através da construção de um muro de contenção, instrumentado, com 80m de comprimento e altura variando de 2,5 a 4,0m. Em todo o projeto, foram consumidos cerca de 5500 pneus usados. Resultados de inclinômetros mostraram pequenos deslocamentos na base do muro, da ordem de 5 a 10mm, atestando o sucesso da solução adotada (Audéoud et al, 1986). Laréal e Long, 1988, executaram uma pesquisa com a finalidade de avaliar, qualitativamente, a influência da introdução de pneus em muros de contenção. Neste projeto foram utilizados modelos reduzidos de 80cm de altura, 80cm de largura e 120cm de extensão. Os pneus foram. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. simulados por anéis de poliuretano de 12mm de espessura e diâmetros interno e externo de 30 e 60mm respectivamente (aproximadamente 1/20 do tamanho de um pneu de caminhão real). Para aterro e preenchimento dos anéis foi utilizada uma areia com granulometria uniforme (Dmín = 0,3mm; Dmáx = 1,0mm). Neste estudo, avaliou-se o efeito da diminuição do empuxo com a introdução dos pneus na massa de solo. Constatou-se que esta diminuição é maior à medida que se eleva o número de pneus por camada e que se reduz a espessura da camada de areia entre os pneus. Isto significa que a redução de empuxo está diretamente relacionada à redução do espaçamento vertical entre as camadas de pneus e ao número de pneus por camada. O Pneusol tem sido empregado na Europa como muro de contenção, na estabilização de encostas, em aterros leves, na proteção contra erosão superficial de taludes, como distribuidor de tensões em condutos enterrados etc. Uma vantagem da utilização do Pneusol é a rapidez com que as obras podem ser construídas. Entretanto, a característica de maior relevância é a sua flexibilidade, que permite as estruturas suportarem recalques diferenciais sem sofrerem danos significativos (Long, 1993). Uma obra de contenção em Pneusol é formada basicamente por um paramento formado por pneus, reforços constituídos por pneus ou partes destes e reaterro de materiais naturais ou artificiais. O paramento é essencial para que o material de reaterro entre as camadas de reforço.

(37) 37. não sofra erosão, o que poderia prejudicar a estrutura. Os reforços são constituídos por pneus alinhados, formando uma estrutura plana (reforço de taludes) ou uma estrutura tridimensional (muros de arrimo). A ligação entre os pneus pode ser executada através de fios de aço ou cordas. O reaterro é comumente composto por solos predominantemente arenosos encontrados nas proximidades do local da obra. Para verificar as características de resistência e deformabilidade do Pneusol, Long (1993) executou ensaios de arrancamento no campo, variando a tensão vertical de sobrecarga, o comprimento do reforço, as configurações dos pneus e o tipo de amarração. Os ensaios utilizaram arranjos de pneus em correntes (Figura 5a). PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. executados com bandas de rodagem achatadas, com bandas em anel (retirados o talão e flanco) e com os flancos (Figura 6). Para as configurações lineares as curvas de esforço vs deformação apresentadas por Long (1993) apresentam uma inclinação bastante íngreme na origem.. Figura 5 - Tipos de arranjos de pneus (Long, 1993). Figura 6 - Partes constituintes de um pneu (O’Schaughnessy, 1997).

(38) 38. Para bandas de rodagem achatadas (Figura 7), verificou-se uma grande dispersão nos resultados. No entanto, o esforço de tração máximo tende a aumentar com o número de pneus. Devido à elasticidade do conjunto, a maiores comprimentos corresponderão maiores deformações. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. no esforço máximo de arrancamento.. Figura 7 - Curvas típicas de arrancamento para arranjos de bandas de rodagem achatadas (Long, 1993). Os ensaios com bandas em anel (retirados o talão e flanco), configuração que mais se aproxima da prática do emprego de pneus como elementos de reforço, apresentaram maior dispersão de resultados e maiores deformações correspondentes à tração máxima. Verificando-se que o esforço máximo praticamente não aumenta com o acréscimo de pneus (Figura 8).. Figura 8 - Curvas típicas de arrancamento para arranjos de bandas de rodagem em anel (Long, 1993).

(39) 39. Os resultados obtidos para os arranjos em flancos apresentaram menor dispersão, sendo observada a ruptura dos flancos no ponto de ligação, com o aumento da sobrecarga e do número de pneus. A Figura 9 ilustra o comportamento típico dos flancos, quando solicitados ao arrancamento. Observa-se um acréscimo dos esforços máximos e das. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. deformações correspondentes, com o aumento do número de elementos.. Figura 9 - Curvas típicas de arrancamento para arranjos de flancos de pneus (Long, 1993). Para configurações em mantas (Figura 5b), foram executados ensaios de arrancamento com arranjos de bandas de rodagem em anel e com arranjos de flancos. Ambas submetidas a uma altura de sobrecarga de 1,0m de aterro. Para configurações em anel, foram ensaiadas malhas em forma de quadrados e losangos (Figura 5b). A ligação entre o equipamento de tração e o reforço, foi feita em um ponto no pneu localizado no centro da malha. Verificaram-se deslocamentos menores que os observados nos arranjos lineares. Os esforços máximos aferidos foram de 38 a 68kN e ocorreram devido à ruptura da ligação. Para arranjos com os flancos observou-se, também, a ruptura da ligação para valores de tração entre 33 e 58kN. Long (1993) afirma que o arranjo de pneus em manta é mais satisfatório do que o de corrente, em razão da absorção de esforços mais elevados a menores deformações. Com relação às deformações das mantas de pneus, verificou-se que as bandas de rodagem em anel e os flancos se deformam por estiramento dos elementos e por ovalização de sua forma circular inicial..

(40) 40. O autor afirma ainda que as bandas de rodagem achatadas em correntes, apresentam comportamento similar ao de um reforço em forma de fita. Observou-se que o aumento do número de pneus provoca um acréscimo de comprimento e conseqüentemente uma elevação da resistência ao atrito. Em função da elasticidade do conjunto, arranjos com maiores comprimentos implicam maiores deformações no esforço máximo, em que se observou uma proporcionalidade entre o número de pneus, a deformação e o esforço máximo correspondente. Para os flancos de pneus em correntes, também verificou-se um ganho nos esforços máximos e das deformações correspondentes com o acréscimo do número de pneus. Foi observada a ruptura dos elementos. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. nos pontos de ligação, cortados pelas cordas de amarração. Os flancos de pneus apresentaram comportamento com maior dispersão nos resultados, fato associado à descontinuidade na mobilização da resistência. Finalmente, para as bandas de rodagem em anel em correntes, a deformação da banda de rodagem submetida ao esforço de tração, faz com que o acréscimo do número de pneus, não signifique um aumento de esforço resistente. Quando submetidas ao arrancamento, as bandas de rodagem assumem uma forma alongada e a resistência parece ser devida à sua deformação e não à interação entre o solo confinado e o solo circundante. ([SHULrQFLD&DQDGHQVH A Universidade de Ottawa desenvolveu uma investigação sobre o projeto e a construção de muros de gravidade e aterros reforçados utilizando pneus. Um estudo detalhado sobre as características de tensão vs deformação de solos reforçados com pneus foi apresentado por O’Shaughnessy (1997). Foram pesquisadas as características de resistência e deformabilidade de solos reforçados com pneus de veículos de passeio. O trabalho constou da execução de ensaios de arrancamento de mantas de pneus, amarrados com cordas de polipropileno, e da.

(41) 41. construção de estruturas instrumentadas no campo experimental nas proximidades de Ottawa, em Ontário. Foram projetadas e construídas estruturas de contenção, formadas por três configurações de taludes reforçados e três seções de muros de gravidade utilizado pneus, que foram instrumentadas e monitoradas durante aproximadamente dois anos. Os ensaios de arrancamento foram executados com diferentes configurações de malhas de pneus, tipos de solo e níveis de confinamento,. em. aterros. de. material. compactado.. Um. estudo. paramétrico foi realizado, utilizando o método de elementos finitos, a fim de verificar a influência de alguns elementos no comportamento das. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. obras. Os efluentes do aterro também foram analisados quimicamente, para verificar a possível contaminação do meio ambiente. Segundo o autor, o comportamento do solo reforçado com pneus é altamente complexo e dependente de muitos fatores, tais como o tipo e a configuração dos pneus utilizados, as partes destes elementos utilizadas (Figura 6), o efeito de atrito entre o solo e o pneu, o efeito da ancoragem dos pneus e o tipo de solo utilizado. Foram utilizados pneus de veículos de passeio inteiros ou com uma das bandas laterais removida, interligados por meio de cordas de polipropileno. em. arranjos. basicamente. quadrados.. Os. pneus. apresentavam diâmetro em torno de 0,60m e espessura de banda de rodagem de 0,15 a 0,20m. Ensaiando os pneus com uma das bandas laterais removidas, obteve-se um maior confinamento do solo presente no seu interior (Garga et.al, 1999). Long (1993) mostrou que a amarração entre os pneus era um ponto de fraqueza do conjunto de solo reforçado. O’Shaughnessy (1997) executou, então, uma série de ensaios para verificar a resistência da corda de polipropileno, com 9,4mm de diâmetro (Figura 10). Verificou-se que a resistência da corda variou entre 11,9kN (amarração com uma volta) e 29,4kN (amarração com três voltas). Esta diferença pode ser associada ao fato de que as tensões de tração não se distribuem igualmente entre os diversos tramos da corda. Observou-se também uma maior deformabilidade no início da aplicação da forca de tração, fato.

(42) 42. associado ao aperto do nó, que resulta numa aparente não linearidade da relação tensão-deformação. Os pneus também foram ensaiados à tração. Foi utilizada uma prensa com dispositivo de medição de força e deslocamentos (Figura 11). Foi estudado o comportamento dos pneus inteiros ou com uma das bandas laterais removidas, sem e com confinamento, imposto por uma. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210642/CA. mola de constante elástica de 185kN/m.. ! " # ! $ %'&)(* $ %+&

(43) (* " ! %'&

(44) (* !. . . . .

(45)

(46)

(47) . Figura 10 - Comportamento tensão-deformação da corda de polipropileno (O' Shaughnessy, 1997). Figura 11 - Evolução da deformação do pneu submetido a ensaio de tração (O' Shaughnessy, 1997).