DISSERTAÇÃO FLÁVIA_Final.pdf - Exército Brasileiro

MINISTÉRIO DA DEFESA

EXÉRCITO BRASILEIRO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES

FLÁVIA GOMES PINTO

ESTUDO DO COMPORTAMENTO À TRAÇÃO DE MALHAS DE

AÇO UTILIZADAS NA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES PARA

INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES

Rio de Janeiro

2015


FLÁVIA GOMES PINTO




Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia de Transportes do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes. Orientadores: Profª. Maria Esther Soares Marques – D.Sc. Prof. Luiz Augusto C. Moniz de Aragão Filho – D.Sc.

Rio de Janeiro

2015

c2015


Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha

Rio de Janeiro – RJ CEP: 22290-270 Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo em

base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de

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É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre bibliotecas deste

trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venha a ser fixado,

para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem finalidade comercial e que seja

feita a referência bibliográfica completa.

Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade da autora e dos orientadores.

629.04

Gomes Pinto, Flávia

P659e Estudo do comportamento à tração de malhas de aço utilizadas na estabilização de taludes para infraestrutura de transportes / Flavia Gomes Pinto, orientada por Maria Esther Soares Marques e Luiz Augusto C. Moniz de Aragão Filho – Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2015. 193 p.: il. Dissertação (Mestrado) – Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2015. 1. Curso de Engenharia de Transportes – teses e dissertações. 2. Ensaios de tração. 3. Malhas de aço. I. Marques, Maria Esther Soares. II. Aragão Filho, Luiz Augusto C. Moniz de. III. Título. IV. Instituto Militar de Engenharia.

2


FLÁVIA GOMES PINTO




Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia de Transportes do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes.

Orientadores: Profª. Maria Esther Soares Marques – D.Sc. Prof. Luiz Augusto Cavalcante Moniz de Aragão Filho – D.Sc. Aprovada em 17 de julho de 2015 pela seguinte Banca Examinadora:

Prof. Luiz Augusto Cavalcante Moniz de Aragão Filho – D.Sc. do IME – Presidente

Profa. Maria Esther Soares Marques – D.Sc. do IME

Prof. Luiz Antônio Vieira Carneiro – D.Sc. do IME

Prof. Marcos Barreto de Mendonça – D.Sc. da UFRJ

Prof. Felipe Gobbi Silveira – D.Sc. da UNISINOS

Rio de Janeiro

2015

3

Dedico este trabalho à minha mãe por me ouvir,

aconselhar, apoiar e principalmente confiar nas minhas

escolhas, algumas vezes mais que eu mesma.

4

AGRADECIMENTOS

Antes de tudo, agradeço a Deus e a todas as forças do bem, por me direcionarem sempre

para o melhor caminho.

Agradeço também a toda minha família pelo carinho e torcida, em especial a minha mãe,

Anete, pelo exemplo, cuidado, paciência, suporte, compreensão e amor; ao meu pai, Beline,

pelo amor e atenção; ao meu irmão, Filipe, pela amizade e à minha Tia Fátima pelo apoio de

sempre.

Ao Rafael pelo amor, companheirismo e por entender as dificuldades e ausências durante

o período de dissertação, sempre me motivando com belas palavras.

Gostaria de agradecer a todos os amigos que contribuíram nesta jornada, com carinho

especial às queridas Ana Paula, Bianca, Virlene, Symone e Bárbara e também ao Cap. Marcos

Soares e Victor Dornelles.

Aos funcionários da PGT e SE2, em especial ao Sgt Oazem.

Aos companheiros de ensaios no laboratório, Sgt Gonçalves, Sgt Melo e Sd Fonseca pela

colaboração. À Maj Ana Maria e ao TC Carneiro por ceder o espaço e os equipamentos

essenciais para execução do trabalho.

Ao Al Araújo pela contribuição, dedicação e interesse no trabalho.

Aos professores da Pós-graduação em Transportes do IME, em especial ao Cel. Lopes e ao

Cel. Silveira Lopes.

À minha orientadora Prof. Esther, pela paciência, carinho, conselhos e pela companhia no

laboratório quando eu precisava ficar até mais tarde.

Ao meu orientador TC Moniz de Aragão pela confiança, ensinamentos, e pelo suporte.

À Geobrugg pela contribuição prestada na reforma da prensa e pela doação das amostras.

Ao Johann pela assistência e boa vontade nos momentos de dificuldade com o

equipamento.

À CAPES e ao ITL pelo apoio financeiro.

Ao Instituto Militar de Engenharia pela oportunidade e ensino de qualidade.

Finalmente, agradeço aos membros da banca examinadora pela disponibilidade e atenção.

5

“Não siga a multidão apenas pelo medo de ser diferente.

Decida você mesmo o que deseja realizar. ”

Margaret Thatcher.

6

SUMÁRIO

LISTA DE ILUSTRAÇÕES ................................................................................................... 10

LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ 17

LISTA DE SÍMBOLOS .......................................................................................................... 19

LISTA DE EQUAÇÕES .......................................................................................................... 21

LISTA DE SIGLAS ................................................................................................................. 19

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 24

1.1 Considerações Iniciais ................................................................................................ 24

1.2 Justificativa ................................................................................................................ 25

1.3 Objetivo ...................................................................................................................... 26

1.4 Organização da Dissertação ....................................................................................... 27

2 ESTABILIDADE DE TALUDES ........................................................................... 28

2.1 Movimentos de Massa ............................................................................................... 28

2.2 Análise da Estabilidade de Taludes ........................................................................... 33

2.3 Soluções para Estabilização de Taludes ..................................................................... 36

2.4 Monitoramento e Gerenciamento de Riscos de Encostas .......................................... 41

2.5 Impactos dos Movimentos de Massa nos Transportes ............................................... 43

2.6 Conclusões Parciais .................................................................................................... 47

3 SISTEMAS FLEXÍVEIS DE ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES ...................... 49

3.1 Introdução .................................................................................................................. 49

3.2 Modo de Funcionamento das Malhas de Aço ............................................................ 50

3.2.1 Modo Passivo de Funcionamento .............................................................................. 51

3.2.2 Modo Ativo de Funcionamento ................................................................................. 55

3.3 Normas Técnicas Relacionadas ................................................................................. 60

3.4 Conclusões Parciais .................................................................................................... 61

4 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS ................................................................................ 63

4.1 Introdução .................................................................................................................. 63

7

4.2 Descrição das Amostras ............................................................................................. 64

4.2.1 Características Geométricas da Amostra ................................................................... 66

4.2.2 Características Mecânicas do Fio de Aço da Amostra ............................................... 68

4.3 Descrição dos Equipamentos ..................................................................................... 70

4.3.1 Prensa Universal de 25 tf ........................................................................................... 70

4.3.2 Moldura do Ensaio ..................................................................................................... 73

4.4 Medições de Deslocamento e Deformação ................................................................ 80

4.4.1 Extensômetros Elétricos de Resistência ..................................................................... 81

4.4.2 Extensômetros de Fibra Óptica .................................................................................. 82

4.5 Procedimento dos Ensaios ......................................................................................... 86

4.5.1 Procedimento para Ensaio de Tração ......................................................................... 87

4.5.2 Instalação e Aquisição de Sinais dos Flexímetros ..................................................... 88

4.5.3 Instalação e Aquisição de Sinais de Extensometria ................................................... 90

5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ....................................... 97

5.1 Introdução .................................................................................................................. 97

5.2 Etapas de Carregamento ............................................................................................. 98

5.3 Análise do Deslocamento do Sistema ...................................................................... 100

5.4 Análise do Carregamento do Sistema ...................................................................... 103

5.4.1 Resistência das Amostras à Tração .......................................................................... 105

5.4.2 Deformação Equivalente da Malha .......................................................................... 109

5.5 Análise da Deformação do Sistema ......................................................................... 111

5.6 Análise do Modo de Ruptura do Sistema ................................................................. 119

5.6.1 Análise Qualitativa dos Ensaios do Tipo II ............................................................. 122

5.7 Análise dos Dados de Extensometria Óptica ........................................................... 124

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .. 130

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 135

8 ANEXOS ................................................................................................................. 143

8.1 ANEXO 1: Dados do Fabricante das Malhas de Aço Ensaiadas............................... 144

8.2 ANEXO 2: Descrição da Restauração da Prensa de 25 tf ........................................ 146

8

8.3 ANEXO 3: Procedimento para Configuração de um Ensaio no Programa “Prensa

Universal” ................................................................................................................ 149

8.4 ANEXO 4: Projeto da Moldura ............................................................................... 156

8.5 ANEXO 5: Procedimento de Colagem dos Extensômetros ..................................... 161

8.5.1 Strain Gage .............................................................................................................. 161

8.5.2 Fiber Bragg Grating (FBG) ..................................................................................... 164

8.6 ANEXO 6: Resultados Individuais dos Ensaios ...................................................... 165

8.6.1 Ensaio 1_Tipo I_2 mm ............................................................................................. 165

8.6.2 Ensaio 2_Tipo I_2 mm ............................................................................................. 166

8.6.3 Ensaio 3_Tipo I_2 mm ............................................................................................. 167

8.6.4 Ensaio 4_Tipo I_2 mm ............................................................................................. 168

8.6.5 Ensaio 5_Tipo I_2 mm ............................................................................................. 169

8.6.6 Ensaio 6_Tipo II_2 mm ........................................................................................... 170

8.6.7 Ensaio 7_Tipo II_2 mm ........................................................................................... 173

8.6.8 Ensaio 8_Tipo II_2 mm ........................................................................................... 176

8.6.9 Ensaio 1_Tipo I_3 mm ............................................................................................. 179

8.6.10 Ensaio 2_Tipo I_3 mm ............................................................................................. 180

8.6.11 Ensaio 3_Tipo I_3 mm ............................................................................................. 181

8.6.12 Ensaio 4_Tipo I_3 mm ............................................................................................. 182

8.6.13 Ensaio 5_Tipo I_3 mm ............................................................................................. 183

8.6.14 Ensaio 6_Tipo II_3 mm ........................................................................................... 184

8.6.15 Ensaio 7_Tipo II_3 mm ........................................................................................... 187

8.6.16 Ensaio 8_Tipo II_3 mm ........................................................................................... 190

8.7 ANEXO 7: Deformações Últimas dos Ensaios Tipo II ........................................... 193

9

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIG. 2.1 Fases de um projeto de estabilização de taludes. ....................................................... 37

FIG. 2.2 Mapa de desastres causados por movimentos de massa no Brasil no período de 1991

a 2010. ...................................................................................................................................... 45

FIG. 3.1 Princípio de funcionamento de um sistema passivo .................................................. 51

FIG. 3.2 Malha hexagonal de dupla torção instalada no talude. .............................................. 52

FIG. 3.3 Esquema de ancoragem de um sistema de revestimento simples. ............................. 53

FIG. 3.4 Sistema de ancoragem na crista do talude. ................................................................ 53

FIG. 3.5 Seção típica de uma barreira flexível de impacto. ..................................................... 54

FIG. 3.6 Exemplo de barreira flexível. ..................................................................................... 55

FIG. 3.7 Sistema de malhas de cabos de aço. .......................................................................... 57

FIG. 3.8 Perfil genérico de um sistema de malha de aço de alta resistência ............................ 59

FIG. 3.9 Placa de ancoragem em conjunto de malha de aço de alta resistência ...................... 59

FIG. 3.10 Resultados de ensaios de tração em malha de aço de alta resistência. .................... 60

FIG. 4.1 Exemplos de configurações para malha de aço (A) Malha com abertura horizontal de

83 mm (B) Malha com abertura horizontal de 80 mm. ............................................................ 64

FIG. 4.2 Amostras ensaiadas (A) 3 mm de diâmetro (B) 2 mm de diâmetro. ......................... 65

FIG. 4.3 Características geométricas da amostra de 2 mm. ..................................................... 67

FIG. 4.4 Características geométricas da amostra de 3 mm. ..................................................... 67

FIG. 4.5 Prensa Universal de 25tf. ........................................................................................... 70

FIG. 4.6 Adaptações na prensa (A) Disjuntor e entradas para transdutores (B) Trava de

segurança e botão de regulagem de movimento. ...................................................................... 71

FIG. 4.7 Marcha do equipamento (A) Posições da marcha (B) Marcha acoplada na prensa. . 72

FIG. 4.8 Delimitador de curso. ................................................................................................. 72

FIG. 4.9 Montagem da prensa (A) Perspectiva frontal (B) Perspectiva posterior. .................. 73

FIG. 4.10 Projeto da moldura. .................................................................................................. 74

FIG. 4.11 Montagem da moldura na prensa (A) Fixação da barra inferior (B) Disposição das

garras inferiores (C) Fixação do cabo de aço no acoplador (D) Moldura montada. ................ 75

FIG. 4.12 Projeto do sistema de tração da moldura. ................................................................ 75

FIG. 4.13 Cabo de aço rompido (A) Cabo de aço rompido com amostra intacta (B) Detalhe do

cabo de aço rompido. ............................................................................................................... 76

10

FIG. 4.14 Configurações da moldura (A) Configuração inicial com um cabo de aço (B)

Configuração final com dois cabos de aço. .............................................................................. 77

FIG. 4.15 Garras de fixação lateral (A) Modelo sem a peça de adaptação para espessura da

amostra (B) Peça de adaptação para espessura da amostra (C) Modelo sem a peça de adaptação

para espessura da amostra. ....................................................................................................... 78

FIG. 4.16 Parafuso Deformado (A) Perspectiva superior (B) Perspectiva lateral. .................. 79

FIG. 4.17 Encaixe das garras subdimensionado para a espessura da amostra. ........................ 79

FIG. 4.18 Garras superiores e inferiores (A) Perspectiva frontal da versão inicial da peça (B)

Perspectiva lateral da versão inicial da peça (C) Perspectiva frontal da versão final da peça (D)

Perspectiva lateral da versão final da peça. .............................................................................. 80

FIG. 4.19 Flexímetro DTH-A-50. ............................................................................................ 81

FIG. 4.20 Modelo de strain gage utilizado nos ensaios de tração (A) Strain gage e cabo

acoplado (B) Detalhe do strain gage. ....................................................................................... 81

FIG. 4.21 Princípio de operação de um sensor de rede de Bragg em fibra óptica. .................. 84

FIG. 4.22 Esquema do deslocamento espectral de uma rede de Bragg submetida à tração e

compressão. .............................................................................................................................. 84

FIG. 4.23 Representação do ensaio de tração .......................................................................... 87

FIG. 4.24 Instalação do flexímetro ........................................................................................... 89

FIG. 4.25 Equipamento de aquisição de sinais ADS2002 de fabricação Lynx. ....................... 90

FIG. 4.26 Haste do flexímetro durante ensaio em andamento. ................................................ 90

FIG. 4.27 Configuração da instalação com 16 strain gages. ................................................... 91

FIG. 4.28 Configuração da instalação com 8 strain gages. ..................................................... 92

FIG. 4.29 Strain gage fixado no fio da amostra. ...................................................................... 93

FIG. 4.30 Conexões para aquisição de sinais (A) Configuração na moldura (B) Configuração

no equipamento de aquisição de sinais. ................................................................................... 93

FIG. 4.31 Fio de aço da amostra instrumentado com strain gage e FBG. ............................... 94

FIG. 4.32 FBG fixado no fio de aço da amostra. ..................................................................... 94

FIG. 4.33 Configuração da instalação com 16 strain gages e 5 FBG. ..................................... 95

FIG. 4.34 Interrogador óptico sm230-800 da Micron Optics. .................................................. 95

FIG. 4.35 Montagem do ensaio de tração. ............................................................................... 96

FIG. 4.36 Amostra instrumentada com extensômetros. ........................................................... 96

FIG. 5.1 Relação “Carga x Tempo” nos ensaios com amostras de 2 mm ................................ 98

FIG. 5.2 Relação “Carga x Tempo” nos ensaios com amostras de 3 mm ................................ 98

11

FIG. 5.3 Etapas de carregamento evidenciadas (Ensaio 5_Tipo I_3 mm). ............................ 100

FIG. 5.4 Relação “Deslocamento x Tempo” Ensaio 5_Tipo I_2 mm. ................................... 101

FIG. 5.5 Correlação entre o deslocamento médio dos flexímetros e a leitura da prensa. ...... 102

FIG. 5.6 Relação “Carga x Deslocamento” – Amostras de 2 mm. ........................................ 103

FIG. 5.7 Relação “Carga x Deslocamento” – Amostras de 3 mm. ........................................ 104

FIG. 5.8 Ensaios de tração em amostra TECCO® G65/3. ...................................................... 105

FIG. 5.9 Relação “Carga x Deslocamento” – Amostras com descarregamento durante os ensaios

Ensaio 2_Tipo I_3 mm e Ensaio 3_Tipo I_3 mm. ................................................................. 105

FIG. 5.10 Largura da amostra entre as garras superiores e inferiores .................................... 106

FIG. 5.11 Estrutura de montagem e nomenclatura dos extensômetros nas amostras. ........... 112

FIG. 5.12 Relação “Deformação x Tempo” Ensaio 7_Tipo II_3 mm (Completo). ............... 112

FIG. 5.13 Relação “Deformação x Tempo” Ensaio 7_Tipo II_3 mm (Etapa III). ................. 113

FIG. 5.14 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 6_TipoII_3 mm (Completo). .................. 113

FIG. 5.15 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 6_TipoII_3 mm (Etapa III). .................... 114

FIG. 5.16 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 8_TipoII_2 mm (Completo). .................. 115

FIG. 5.17 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 8_TipoII_2 mm (Etapa III). .................... 115

FIG. 5.18 Distribuição das frequências dos valores de deformação nos ensaios com amostras

de 3 mm (Ensaio completo). .................................................................................................. 116


de 3 mm (Etapa III). ............................................................................................................... 116


de 2 mm (Completo). ............................................................................................................. 117


de 2 mm (Etapa III). ............................................................................................................... 118

FIG. 5.22 Nós da malha de torção simples. ........................................................................... 119

FIG. 5.23 Modelos de simetria (A) e antissimetria (B) das forças nós das malhas. ............. 119

FIG. 5.24 Relação “Letra x Número” para identificação do nó da amostra. ......................... 120

FIG. 5.25 Ruptura no Ensaio 6_Tipo II_2 mm (A) Pontos de ruptura (B) Fotografia da amostra.

................................................................................................................................................ 121


................................................................................................................................................ 121


................................................................................................................................................ 122

12

FIG. 5.28 Análise qualitativa das deformações no Ensaio 7_Tipo II_3 mm. (A) Dados

completos (B) Dados apenas da Etapa III. ............................................................................. 123



FIG. 5.30 Faixa espectral de operação dos sensores. ............................................................. 125

FIG. 5.31 Comprimento de onda das faixas de luz refletidas dos sensores FBG. ................. 125

FIG. 5.32 Relação “Comprimento de onda (nm) x Tempo” no Ensaio 8_Tipo II_3 mm. ..... 126

FIG. 5.33 Relação “Deformação FBG x Tempo” no ensaio Ensaio 8_Tipo II_3 mm. .......... 127

FIG. 5.34 Relação “Deformação x Tempo” no Ensaio 8_Tipo II_3 mm. .............................. 127

FIG. 5.35 Correlação entre as leituras dos sensores EER-I e FBG-2 no Ensaio 8_Tipo II_3 mm.

................................................................................................................................................ 128

FIG. 8.3.1 Tela inicial do programa “Prensa Universal” ....................................................... 149

FIG. 8.3.2 Gerenciador de Scripts ......................................................................................... 150

FIG. 8.3.3 Configuração de script para etapa de pré-carregamento ....................................... 150

FIG. 8.3.4 Configuração de script para etapa de carregamento ............................................. 151

FIG. 8.3.5 Final de configuração de script para o ensaio ....................................................... 151

FIG. 8.3.6 Inserir amostra ...................................................................................................... 152

FIG. 8.3.7 Selecionar amostra ................................................................................................ 152

FIG. 8.3.8 Inserir corpo de prova ........................................................................................... 153

FIG. 8.3.9 Configurar do ensaio ............................................................................................. 153

FIG. 8.3.10 Iniciar ensaio ....................................................................................................... 154

FIG. 8.3.11 Finalizar ensaio ................................................................................................... 154

FIG. 8.3.12 Gerar relatórios. .................................................................................................. 155

FIG. 8.3.13 Configurações do programa. ............................................................................... 155

FIG. 8.4.1 Projeto da moldura com dimensões. ..................................................................... 156

FIG. 8.4.2 Detalhe da estrutura superior da moldura com valores das dimensões. ............... 157

FIG. 8.4.3 Detalhe da estrutura inferior e lateral da moldura com valores das dimensões. ... 157

FIG. 8.4.4 Perspectiva frontal. ............................................................................................... 158

FIG. 8.4.5 Perspectiva posterior. ............................................................................................ 158

FIG. 8.4.6 Perspectiva lateral (A) esquerda (B) direita. ......................................................... 159

FIG. 8.4.7 Perspectiva superior .............................................................................................. 159

FIG. 8.4.8 Perspectiva inferior ............................................................................................... 159

FIG. 8.4.9 Perspectiva isométrica .......................................................................................... 160

13

FIG. 8.4.10 Perspectiva dimétrica .......................................................................................... 160

FIG. 8.5.1 Passo 1: Lixar a superfície. ................................................................................... 161

FIG. 8.5.2 Passo 2: Limpar a superfície com solvente. .......................................................... 161

FIG. 8.5.3 Passo 3: Aplicação da cola no strain gage. .......................................................... 162

FIG. 8.5.4 Passo 4: Aplicação do strain gage. ....................................................................... 162

FIG. 8.5.5 Strain gage fixado na superfície. .......................................................................... 163

FIG. 8.5.6 Fios dos strain gages acoplados em conectores ligados ao equipamento de aquisição

de sinais. ................................................................................................................................. 163

FIG. 8.5.7 Configuração dos fios no equipamento de aquisição de sinais. ............................ 163

FIG. 8.5.8 Extensômetro óptico colado no fio de aço. ........................................................... 164

FIG. 8.5.9 Intensidade dos sinais de fibra óptica. .................................................................. 164

FIG. 8.6.1 Relação “Carga x Deslocamento” – Ensaio 1_Tipo I_2 mm. ............................... 165

FIG. 8.6.2 Correlação entre o deslocamento médio dos flexímetros e os valores de leitura da

prensa – Ensaio 1_Tipo I_2 mm. ........................................................................................... 165













FIG. 8.6.11 Relação “Carga x Deslocamento” – Ensaio 6_Tipo II_2 mm. ........................... 170



FIG. 8.6.13 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 6_Tipo II_2 mm (Completo). .............. 171

FIG. 8.6.14 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 6_Tipo II_2 mm (Etapa III). ................ 171

FIG. 8.6.15 Ruptura no Ensaio 6_Tipo II_2 mm (A) Pontos de ruptura (B) Fotografia da

amostra. .................................................................................................................................. 172

14

FIG. 8.6.16 Análise qualitativa das deformações no Ensaio 6_Tipo II_2 mm. (A) Dados




prensa – Ensaio 7_Tipo II_2 mm. .......................................................................................... 173




amostra. .................................................................................................................................. 175









amostra. .................................................................................................................................. 178



FIG. 8.6.29 Relação “Carga x Deslocamento” – Ensaio 1_Tipo I_3 mm. ............................. 179













15









amostra. .................................................................................................................................. 186









amostra. .................................................................................................................................. 189









amostra. .................................................................................................................................. 192



16

LISTA DE TABELAS

TAB. 2.1 Características dos principais grandes grupos de escorregamento. .......................... 29

TAB. 2.2 Classificação dos movimentos de massa em função da velocidade. ........................ 30

TAB. 2.3 Fatores deflagradores dos movimentos de massa. ................................................... 31

TAB. 2.4 Recomendação para determinação do fator de segurança em taludes. .................... 34

TAB. 2.5 Soluções para estabilização de taludes em solo ....................................................... 40

TAB. 2.6 Soluções para estabilização de taludes em rocha ..................................................... 41

TAB. 2.7 Danos financeiros ao setor de infraestrutura de transportes no desastre da Região

Serrana do Rio de Janeiro em 2011. ......................................................................................... 46

TAB. 2.8 Danos materiais em estruturas de transportes no desastre da Região Serrana do Rio

de Janeiro em 2011. .................................................................................................................. 47

TAB. 4.1 Dimensionamento das amostras. .............................................................................. 64

TAB. 4.2 Descrição das amostras. ........................................................................................... 65

TAB. 4.3 Primeiro programa de ensaios. ................................................................................. 65

TAB. 4.4 Ensaios executados. .................................................................................................. 66

TAB. 4.5 Resistência à tração do fio da amostra de 3 mm de diâmetro. ................................. 68

TAB. 4.6 Módulo de Elasticidade do fio de aço. ..................................................................... 69

TAB. 4.7 Características Mecânicas dos Fios de Aço das Malhas. ......................................... 69

TAB. 4.8 Características físicas da moldura. ........................................................................... 73

TAB. 4.9 Especificação dos strain gages. ............................................................................... 82

TAB. 4.10 Distribuição da instrumentação por ensaio. ........................................................... 92

TAB. 5.1 Nomenclatura dos ensaios realizados. ...................................................................... 97

TAB. 5.2 Etapas de carregamento do ensaio de tração. ........................................................... 99

TAB. 5.3 Correlação entre Deslocamento Médio Flexímetros x Deslocamento Prensa. ...... 102

TAB. 5.4 Valores de resistência à tração especificados pelo fabricante. ............................... 106

TAB. 5.5 Valores de resistência à tração obtidos pela EQ. 5.1. ............................................ 107

TAB. 5.6 Valores de resistência à tração esperados. ............................................................. 107

TAB. 5.7 Valores de carga de ruptura em relação ao tamanho da amostra. .......................... 108

TAB. 5.8 Valores de deformação unitária em relação ao tamanho da amostra. .................... 109

TAB. 5.9 Valores de deslocamento médio em relação ao tamanho da amostra .................... 110

TAB. 5.10 Valores de deslocamento e deformação equivalente dos ensaios realizados ....... 110

17

TAB. 5.11 Distribuição de sensores por ensaio do Tipo II. ................................................... 111

TAB. 8.7.1 Deformações últimas – Dados Completos. ......................................................... 193

TAB. 8.7.2 Deformações últimas – Dados da Etapa III. ........................................................ 193

18

LISTA DE SÍMBOLOS

α - Ângulo da abertura da malha

ɸ - Diâmetro do fio de aço

ε - Deformação

λB - Comprimento de onda de Bragg

Δλ - Variação de comprimento de onda

Ʌ - Periodicidade espacial das redes de anéis reflexivos

Fy(calculada) - Carga na ruptura calculada

Fy(esperada) - Carga na ruptura esperada

A - Seção transversal do fio de aço

A2 mm - Seção transversal do fio de aço com 2 mm de diâmetro

A3 mm - Seção transversal do fio de aço com 3 mm de diâmetro

Ea - Módulo de Elasticidade do fio de aço

Ha - Altura da amostra

La - Largura da amostra

Lg - Largura útil da amostra

Lm - Abertura da malha da amostra

n - Número de amostras

n - Número de aberturas no sentido horizontal

nef - Índice de refração efetivo do núcleo

N - Carga de ruptura do fio de aço

pe - Constante fotoelástica da fibra óptica

P - Carga aplicada na barra rígida de tração

RA - Resistência à tração do fio de aço

19

LISTA DE EQUAÇÕES

EQ. 4.1 ...................................................................................................................................... 83

EQ. 4.2 ...................................................................................................................................... 85

EQ.5.1 ..................................................................................................................................... 106

EQ.5.2 ..................................................................................................................................... 107

20

LISTA DE SIGLAS

3D Três dimensões

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM American Society for Testing and Materials

DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes

EER Extensômetro Elétrico de Resistência

EM European Standards

EUA Estados Unidos da América

FBG Fiber Bragg Grating

FC Fator de Correção

FOSM First Order Second Moment

FS Fator de Segurança

GASBOL Gasoduto Bolívia-Brasil

GEO-RIO Fundação Instituto de Geotécnica do Município do Rio de Janeiro

IME Instituto Militar de Engenharia

MEV Microscópio Eletrônico de Varredura

N.A. Nível d’água

NBR Norma Brasileira Regulamentadora

ONU Organização das Nações Unidas

UFSC Universidade Federal de Santa Catarina

21

RESUMO

De forma a atender à crescente utilização de sistemas de transporte, o investimento em obras de infraestrutura como estradas, ferrovias e hidrovias tem aumentado com o tempo. Essas obras comumente interferem na estabilidade dos taludes nas áreas de interferência.

São inúmeras as incidências de movimentos de massa nas estradas do país e do mundo, o que pode ocasionar grandes impactos socioeconômicos, já que além das vidas perdidas em um desastre, importantes rotas podem ser interditadas gerando prejuízos econômicos que ultrapassam as barreiras físicas dos eventos.

Existem diversas soluções para o tratamento geotécnico das obras de infraestrutura de transporte, dentre elas o objeto deste trabalho, a aplicação de sistemas flexíveis de malhas de aço.

Devido à ampla utilização desse material de estabilização geotécnica, é de suma importância que exista uma regulamentação para o uso do mesmo. Porém, não existe atualmente nenhuma norma brasileira que estabeleça padrões de avaliação da qualidade desse material de acordo com sua utilização.

Neste trabalho foram realizados ensaios de tração com malhas de aço de alta resistência, verificando a resistência à tração, deslocamento e deformação até a ruptura do material.

Os resultados obtidos permitem um melhor entendimento do comportamento das malhas de aço sob tração. A análise da deformação durante todo o ensaio permitiu avaliar que a distribuição das tensões na malha ocorre de forma heterogênea. Concluiu-se que a ruptura dos fios sempre ocorre nos nós e verificou-se a necessidade de estudar esse fenômeno mais detalhadamente.

22

ABSTRACT

In order to meet the demand of the population and commerce for the use of the transportation systems, investments in infrastructure projects such as roads, railways and waterways have increased over time. These works often affect the stability of slopes in the area.

There are countless incidences of mass movements on the roads in Brazil and around the world, which can cause great socioeconomic impact. In addition to the lives lost in a disaster, important routes can be interdicted generating economic losses that exceed the physical barriers of these events.

There are several solutions for the geotechnical treatment of transportation infrastructure works, among which the application of flexible steel mesh systems, object of this dissertation. Due to the wide use of these geotechnical materials, it is very important to provide a regulation for its use. However, at this moment there is no Brazilian or international technical standard to establish quality assessment of this material according to their use.

The results from these tests allow a better understanding of the behavior of the steel mesh under tension. Analysis of the strain data lead to the conclusion that the stress distribution on the mesh is heterogeneous. Furthermore, it was concluded that the rupture of the mesh always occurs in the interception between two wires, therefore it is necessary the more detailed study of this phenomenon.

23

1 INTRODUÇÃO

1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Com o objetivo de incentivar o desenvolvimento do Brasil, vários investimentos têm sido

aplicados em obras de implantação e recuperação de estruturas de transporte em todo país. No

entanto, nesses trabalhos de infraestrutura são necessárias escavações, que interferem na

estabilidade dos taludes da região, o que constitui um relevante problema nas obras de

infraestrutura de transportes.

As rodovias e ferrovias que precisam ser recuperadas, muitas vezes foram construídas sem

grandes preocupações com a estabilidade dos taludes. Segundo QUEIROZ E GAIOTO (1993),

os problemas de estabilidade de taludes são decorrentes principalmente do fato de que os taludes

não constituem a obra principal, para a qual se concentram as atenções do projeto.

Ainda de acordo com os mesmos autores, enquanto que, para o projeto e a construção das

obras principais são elaborados estudos detalhados, os cortes, na maioria dos casos, são

realizados obedecendo regras empíricas e tradicionais, adotando-se taludes padronizados, por

exemplo, 1:1, 1:1,5, 1:2, sem levar em conta desníveis, características geotécnicas do maciço,

posição do lençol freático, etc.

Como os cortes são executados nos pés da encosta, a instabilidade gerada não é local, ou

seja, toda encosta é afetada e movimentos de massa em diversos pontos da mesma podem ser

desencadeados. A situação se agrava quando existe a ocorrência de rastejo (creep) na área.

Outras vezes, a interferência se dá em áreas onde já ocorrem movimentos de massa, esses por

sua vez podem causar impactos na região onde as obras foram realizadas e devem ser

controlados.

Movimentos de massa também podem ocorrer nas áreas lindeiras à faixa de domínio da

estrada por resultado de uma intervenção antrópica desfavorável ou por fatores naturais como

condições atípicas de pluviometria, podendo ainda ocorrer pela ação conjunta desses fatores.

Uma encosta natural pode apresentar o coeficiente de segurança próximo ao valor mínimo que

garante sua estabilidade (FS = 1). Isso ocorre porque ao longo da evolução geomorfológica

desses maciços a conformação que o mesmo se encontra foi aquela em que foi estabelecido o

24

equilíbrio para o conjunto de esforços ao qual ele esteve submetido até aquele momento. Assim,

sob uma condição pluviométrica atípica ou alguma intervenção antrópica desfavorável, pode

ocorrer um processo de instabilização.

A ONU (2012) estima que 366 mil pessoas sejam afetadas todos os anos por movimentos

de massa. Segundo BRASIL (2012), no ano de 2011 a quantidade de óbitos decorrentes a

desastres foi de 1.094, sendo que 43,14% dessas mortes foram ocasionados movimentos de

massa (muito em função dos deslizamentos ocorridos na Região Serrana do Rio de Janeiro

naquele ano).

SASIHARAN et al. (2006) cita que os movimentos de massa, como por exemplo as quedas

de rocha são um perigo comum para as estruturas de transportes, sendo que fatores geológicos

e climáticos são os principais mecanismos causadores desses fenômenos.

São inúmeras as incidências de movimentos de massa nas estradas do país e do mundo, o

que pode ocasionar grandes impactos socioeconômicos, já que além das vidas perdidas em um

desastre, importantes rotas podem ser interditadas gerando prejuízos econômicos que

ultrapassam as barreiras físicas dos eventos.

O estudo aprofundado da estabilidade de taludes, atentando para a caracterização dos

maciços e para o comportamento dos mesmos quando submetidos a uma ação externa, é de

grande relevância para mitigar os impactos socioeconômicos decorrentes de um desastre. A

partir desse estudo torna-se possível determinar as melhores soluções para garantir a

estabilidade dos taludes. Dentre essas soluções destaca-se o objeto de estudo do presente

trabalho, os sistemas flexíveis de estabilização de taludes constituídos por malhas de aço e

malhas de cabo de aço, mais precisamente as malhas de aço de alta resistência.

Sistemas flexíveis de estabilização de taludes constituídos por malhas de aço e malhas de

cabo de aço têm sido utilizados desde a década de 1950 para controlar a queda de rochas em

taludes e são soluções comuns para estabilização de estruturas em estradas e rodovias

(SASIHARAN et al., 2006).

1.2 JUSTIFICATIVA

O estudo de materiais de construção utilizados na estabilização de taludes, problema

constante para obras de infraestrutura de transportes, é de extrema importância. O entendimento

do comportamento do material permite o melhor dimensionamento das estruturas de forma que

a mesma preze pela segurança sem ser superdimensionada, evitando-se custos desnecessários.

25

As malhas de aço de alta resistência, objeto desse estudo são utilizadas desde a década de

1980 como elementos de estabilização superficial de taludes. Ensaios de tração com essas

estruturas ainda não haviam sido realizados no Brasil, principalmente com a aplicação de

extensômetros diretamente no fio de aço da amostra de forma a monitorar o comportamento do

sistema até a ruptura.

Finalmente, destaca-se que apesar de serem amplamente utilizados, não existe uma norma,

nacional ou internacional, que trate detalhadamente desse tipo de material, especificando suas

características físicas, mecânicas, procedimentos de ensaio e de fabricação, como ocorre para

os geossintéticos em geral.

1.3 OBJETIVO

Esta dissertação tem como objetivo estudar o comportamento à tração de malhas de aço

empregadas na estabilização de taludes, verificando a resistência a tração, deslocamento,

deformação e o comportamento até a ruptura do material, visando contribuir de forma teórica e

prática com fundamentos que possam auxiliar no entendimento do comportamento deste

material e posterior normatização.

Visando atingir o objetivo geral foram realizadas as seguintes atividades:

• Pesquisa na literatura sobre estabilidade de taludes e seu impacto em obras de

infraestrutura de transporte;

• Levantamento do referencial teórico e dados técnicos pertinentes sobre as malhas

de aço empregadas na estabilização de taludes;

• Pesquisa e execução de adaptação da prensa para realização dos ensaios nas malhas

de aço, de forma a identificar possíveis melhorias e verificar seu desempenho na

realização dos ensaios de tração com malhas de aço de alta resistência;

• Avaliação dos métodos de ensaios propostos na literatura;

• Realização de ensaios de tração com as malhas de aço;

• Análise dos resultados dos ensaios de tração, relacionando os dados de

carregamento com os deslocamentos totais e as deformações no fio de aço;

• Comparação dos resultados obtidos neste trabalho com resultados de outros ensaios

em material similar, com valores de modelos matemáticos e com as especificações

do fabricante da malha;

26

• Verificação da aplicabilidade dos extensômetros ópticos como instrumentos

eficazes para monitoramento da deformação do material.

1.4 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO

Esta dissertação é composta por oito capítulos, sendo que o primeiro, do qual este item faz

parte é uma introdução ao trabalho e consta de justificativa e objetivos do estudo.

No segundo capítulo é feita uma abordagem acerca da estabilização de taludes, detalhando

os movimentos de massa e o impacto dos mesmos em obras de infraestrutura de transportes.

O Capítulo 3, também de revisão bibliográfica, apresenta o referencial teórico referente aos

sistemas flexíveis de estabilização de taludes, do qual o material ensaiado faz parte.

A descrição do programa experimental é exibida no quarto capítulo, onde são detalhados

os materiais e equipamentos utilizados e também o procedimento de preparação e execução do

ensaio.

No Capítulo 5 são apresentados os resultados dos ensaios e as discussões pertinentes aos

mesmos.

As conclusões do estudo e as recomendações para trabalhos futuros são explicitadas no

capítulo seis. E, na sequência tem-se as referências bibliográficas.

Finalmente, nos anexos, são apresentados o projeto da moldura, as especificações dos

materiais ensaiados, procedimentos realizados nos ensaios, assim como os resultados

individuais dos mesmos com fotografia das amostras após a ruptura.

27

2 ESTABILIDADE DE TALUDES

Neste capítulo serão descritos os movimentos de massa, assim como as possíveis causas de

ocorrência dos mesmos e como é feita a análise de estabilidade de um talude.

2.1 MOVIMENTOS DE MASSA

Movimentos de massa em taludes naturais e de escavação constituem um problema

geotécnico relevante, que envolve uma variedade de contextos geológicos e climáticos,

podendo causar impactos socioeconômicos consideráveis em muitas comunidades.

Segundo GUIDICINI E NIEBLE (1984), o movimento de massa é o deslocamento de solo

e/ou material rochoso, que ocorre como resultado de movimentos múltiplos ou complexos no

maciço devido a ação de diversos agentes, simultâneos ou sucessivos, afetando a estabilidade

do mesmo.

Os movimentos de massa podem ser diferenciados de acordo com a velocidade e forma de

ruptura. Porém, não existe um consenso sobre a classificação dos mesmos e muitos métodos

para essa classificação são propostos de acordo com os diferentes tipos de instabilidade. Os

fenômenos envolvidos em um movimento de massa são os mais diversos, e de cada aspecto

considerado pode-se resultar em uma classificação diferente.

LEROUEIL (2001) considera as classificações geomorfológicas sugeridas por VARNES

(1978), SASSA (1985), VARGAS (1985) para solos residuais, HUTCHINSON (1988) e

CRUDEN E VARNES (1996). De acordo com o autor, essas classificações relacionam as

características geológicas do talude com a possível movimentação do mesmo.

Além das classificações mencionadas, a GEO-RIO (2013) destaca ainda outros trabalhos

que também abordam de forma completa a evolução, os critérios, as restrições e outros aspectos

relevantes aos sistemas de classificação, como GUIDICINI E NIEBLE (1984), AUGUSTO

FILHO (1992) e TURNER E SCHUSTER (1996).

Considerando as classificações de VARNES (1978) e de AUGUSTO FILHO (1992), a

GEO-RIO (2013) propôs a TAB. 2.1.

28

TAB. 2.1 Características dos principais grandes grupos de escorregamento.

Tipo de Movimento Material Predominante Cinética e Geometria

Quedas

Lascas de rocha, blocos de rocha fraturada ou solo em margens de corpos d'água.

Queda livre com ou sem repique em planos inclinados.

Tombamentos Lascas de rocha com fraturamento subvertical.

Basculamento e posterior queda de lascas de rocha.

Rolamentos Blocos de rocha e/ou matacões

Rolamento de blocos/matacões aflorantes em taludes de solo.

Escorregamentos

Rotacionais

Rochas muito fraturadas ou solos espessos sem anisotropia relevante ou resíduos sólidos urbanos (lixo).

Movimentos rápidos ou lentos ao longo de superfícies aproximadamente conchoidais e cilíndricas.

Translacionais ou planares

Blocos de rocha ao longo das foliações ou descontinuidades, solos rasos sobre rocha ou camada resistente, resíduos sólidos urbanos sobre material mais resistente.

Movimentos rápidos ou lentos ao longo de superfícies aproximadamente planas.

Em cunha Blocos de rocha.

Ocorre quando há dois planos de descontinuidade cuja intercessão é uma linha de orientação desfavorável, na direção do movimento.

Fluxos (ou escoamentos)

Corridas

Detritos (misturas de solo com blocos de rocha, vegetação, etc.) ou lama.

Movimento semelhante ao de um líquido viscoso, desenvolvimento ao longo dos fundos de vale. Velocidades altas (>20 km/h). Extenso alcance.

Rastejos ou fluências (creep)

Solos coluvionares ou massa de tálus.

Velocidades muito baixas (mm a cm/ano). Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes, com nível d'água do lençol freático próximo à superfície. O movimento obedece a elevação do lençol d'água. Superfície de escorregamento aproximadamente paralela à superfície do terreno.

Complexos Materiais diversos. Combinação de dois ou mais dos principais tipos de movimento.

Fonte: GEO-RIO (2013).

29

Adicionalmente, é importante classificar os movimentos de massa de acordo com sua

velocidade, pois é comum a abordagem qualitativa da mesma. A TAB. 2.2 apresenta a

classificação qualitativa da velocidade em relação a um intervalo de tempo baseada na “Escala

de Varnes”.

TAB. 2.2 Classificação dos movimentos de massa em função da velocidade. Classificação Velocidade

Extremamente rápido maior que 3 m/s Muito rápido de 0,3 m/min a 3 m/s Rápido de 1,5 m/dia a 0,3 m/min Moderado de 1,5 m/mês a 1,5 m/dia Lento de 1,5 m/ano a 1,5 m/mês Muito lento de 0,3 m/5 anos a 1,5 m/ano Extremamente lento menor que 0,3 m/5 anos

Fonte: Adaptado de CAPUTO (2008).

A estabilidade de um talude depende de várias circunstâncias que podem ser denominadas

fatores ou agentes deflagradores dos movimentos de massa. Quando esses fatores variam de

forma desfavorável à estabilidade, tem-se a causa de um movimento de massa. Ou seja, as

causas dos movimentos de massa são o modo de atuação de um determinado agente. E um

mesmo agente pode se expressar por meio de uma ou mais causas (GUIDICINI E NIEBLE,

1984).

Ainda segundo GUIDICINI E NIEBLE (1984) os fatores subdividem-se em:

• Fatores predisponentes: trata-se do conjunto de condições geológicas, geométricas

e ambientais em que o movimento de massa ocorre em função apenas de condições

naturais, não atuando a ação do homem.

• Fatores efetivos: conjunto de elementos responsáveis pelo desencadeamento do

movimento de massa, incluindo a ação antrópica.

De acordo com FERNANDES E AMARAL (1996), várias feições geológicas e

geomorfológicas podem atuar como fatores condicionantes de escorregamentos, determinando

a localização espacial e temporal dos movimentos de massa nas condições de campo. Destacam-

se, segundo esses autores, as seguintes feições:

• Fraturas;

• Falhas;

• Foliação e bandeamento composicional;

• Descontinuidades no solo;

30

• Morfologia da encosta;

• Depósitos de encosta.

Segundo VARNES (1978) apud GEO-RIO (2000), os fatores deflagradores dos

movimentos de massa podem ser resumidos conforme a TAB. 2.5.

TAB. 2.3 Fatores deflagradores dos movimentos de massa. Ação Fatores Fenômenos Geológicos/Antrópicos

Aumento da solicitação

Remoção de massa (lateral ou da base)

Erosão, escorregamentos Escavações

Sobrecarga

Peso da água de chuva, neve, granizo, etc. Acúmulo natural de material (depósitos) Peso da vegetação Construção de estruturas, aterros, etc.

Solicitações dinâmicas Terremotos, ondas, vulcões, etc. Explosões, tráfego, sismos induzidos

Pressões laterais Água em trincas, congelamento, material expansivo

Redução da Resistência

Características inerentes ao material (geometria, estruturas, etc.)

Características geomecânicas do material, tensões

Mudanças ou fatores variáveis

Intemperismo - redução da coesão, ângulo de atrito Elevações do N.A.

Fonte: VARNES (1978) apud GEO-RIO (2000).

AUGUSTO FILHO (1992) apud GEO-RIO (2000) descreveu que a remoção da cobertura

vegetal, vazamento na rede de abastecimento, esgoto e presença de fossas, execução de cortes

com geometria incorreta, execução deficiente de aterros e lançamento de lixos nas encostas são

as principais modificações oriundas das interferências antrópicas indutoras de movimentos de

massa.

De acordo com GUIDICINI E NIEBLE (1984), as causas dos movimentos de massa podem

ser agrupadas, dependendo de sua posição em relação ao talude em:

• Causas Internas: Levam ao colapso sem que se verifique qualquer mudança nas

condições geométricas do talude como resultado de uma diminuição da resistência

interna do material. Exemplos: efeito de oscilações térmicas, diminuição da

resistência de cisalhamento por saturação e diminuição dos parâmetros de

resistência por intemperismo.

31

• Causas Externas: Provocam um aumento das tensões de cisalhamento sem que

ocorra diminuição da resistência do material. Exemplos: mudança da geometria do

sistema e efeito de vibrações.

• Causas Intermediárias: resultam de efeitos causados por agentes externos, no

interior do talude. Exemplos: elevação do nível piezométrico em massas

homogêneas, elevação da coluna de água em descontinuidades, e rebaixamento

rápido do lençol freático.

FAY et al. (2012) afirmam que técnicas de construção e seleção de equipamentos

inadequadas são causas comuns de instabilidade de taludes em obras de infraestrutura de

transportes.

Devido às características climáticas dos países tropicais como o Brasil, que apresentam

condições de alta pluviosidade e concentração de chuvas em determinadas estações do ano, o

processo erosivo contribui de forma relevante na ocorrência de movimentos de massa, já que

dentre os agentes erosivos (água, vento, neve, gelo, vegetação, animais e o homem), a água

exerce maior influência (NACINOVIC, 2009).

FUTAI et al. (2005) em seu trabalho sobre a evolução de uma voçoroca por

escorregamentos retrogressivos em solo não saturado, descrevem que o processo de evolução

da voçoroca pode provocar escorregamentos sucessivos, ocorrendo conforme as seguintes

fases:

• A infiltração de água reduz a sucção no talude onde ocorre a voçoroca, e

dependendo da duração e intensidade da chuva pode ocorrer um escorregamento;

• Após o período chuvoso, a saturação do solo diminuiu e o mesmo ganha resistência;

• O material coluvionar resultante do escorregamento é levado pelo próprio

escoamento superficial das chuvas que causaram o escorregamento e

principalmente pela exfiltração contínua no pé da voçoroca;

• Novas chuvas poderão causar novos escorregamentos.

De forma natural e ao longo de eras, a camada superficial do solo é continuamente

removida e transportada num percurso descendente, depositando-se em leito de rios e planícies

fluviais. Isto sempre ocorreu, modelando a superfície terrestre de forma equilibrada e

naturalmente regenerativa. Porém, a ação antrópica tem sido o fator condicionante na

deflagração dos processos erosivos nas suas várias formas de atuação, como desmatamento e

construção de vias de acesso, sem atenção às condições ambientais naturais (GOMES, 2003).

32

2.2 ANÁLISE DA ESTABILIDADE DE TALUDES

Uma das tarefas de um Engenheiro Geotécnico é verificar, frequentemente, a segurança

dos taludes naturais e de escavação, assim como de aterros compactados, onde determinará a

tensão de cisalhamento desenvolvida ao longo da superfície de ruptura mais provável e a

comparação dessa força com a resistência ao cisalhamento do maciço, processo denominado

análise da estabilidade de taludes (DAS, 2007).

GEO-RIO (2013), cita que o principal objetivo de uma análise de estabilidade é a

verificação das condições de segurança dos taludes existentes, permitindo a ação de medidas

preventivas ou corretivas em caso de situações críticas e, nos casos de taludes em projeto,

permitindo a definição da geometria mais adequada considerando as condições de solicitação e

fatores econômicos.

A estabilidade de um talude é definida, geralmente, por um fator de segurança (FS), que

representa a razão entre a resultante das forças resistentes à ruptura e a resultante das forças

solicitantes ou a razão entre momentos resistentes e momentos solicitantes, onde a condição de

equilíbrio-limite corresponde a um fator de segurança unitário (GUIDICINI E NIEBLE, 1984).

Segundo DAS (2007), a superfície de ruptura mais provável é a superfície crítica que tem o

fator de segurança mínimo.

Segundo GEO-RIO (2013), os principais dados de entrada para uma análise de estabilidade

são:

• Topografia;

• Geologia;

• Parâmetros do material;

• Condições de fluxo e infiltração;

• Carregamentos externos.

A presença de água representa um dos fatores atuantes no desencadeamento de processos

de instabilidade. Segundo BORDA GOMES (1996) a água pode agir instabilizando o maciço

das seguintes maneiras:

• Ação das forças de percolação, caso o sentido do fluxo instabilize o talude;

• Acréscimo das tensões cisalhantes pelo aumento de peso da massa de solo devido

à saturação;

• Decréscimo das tensões efetivas devido ao aumento das poropressões;

33

• Diminuição dos parâmetros de resistência do solo, principalmente a "coesão

aparente" quando se trata de solos não saturados;

• Erosão superficial e erosão subterrânea retrogressiva interna;

• Decréscimo dos parâmetros de resistência do solo pela alteração química.

Ainda segundo BORDA GOMES (1996), uma das formas de ocorrer o fluxo subterrâneo

é através da infiltração de água das chuvas pelos caminhos preferenciais de percolação,

formados por descontinuidades em geral.

De acordo com FREITAS (2004) muitas tentativas têm sido feitas para correlacionar uma

precipitação mínima para desencadear escorregamentos, porém essa é uma tarefa difícil já que

os fatores determinantes para essa comparação são locais. É importante, ainda segundo

FREITAS (2004), considerar também outros aspectos como as propriedades dos solos

envolvidos, geometrias do talude ou uso do solo.

Devido às incertezas sobre os dados de entradas para o cálculo do fator de segurança,

HOEK E BRAY (1974) afirmam que o fator de segurança pode não ser confiável para utilização

em projetos de engenharia. A norma brasileira NBR 11682 – Estabilidade de encostas (ABNT,

2009), estabelece um direcionamento generalizado para determinação do fator de segurança

mínimo para um talude, conforme apresentado na TAB. 2.4.

TAB. 2.4 Recomendação para determinação do fator de segurança em taludes.

Fator de Segurança Mínimo Nível de Segurança contra danos a

vidas humanas Alto Médio Baixo

Nível de segurança contra danos materiais e ambientais

Alto 1,5 1,5 1,4 Médio 1,5 1,4 1,3 Baixo 1,4 1,3 1,2

Fonte: Adaptado de NBR 11682 (ABNT, 2009).

É importante destacar que esta recomendação não se aplica para taludes onde tenha indícios

de ocorrência de rastejo, voçorocas, ravinas e queda ou rolamento de blocos (GEO-RIO, 2013).

Entre as diversas superfícies potenciais de ruptura, aquela com o menor fator de segurança

é classificada como superfície crítica, ou superfície de ruptura, caso já tenha ocorrido algum

movimento de massa no local (GEO-RIO, 2013). Para definir essas superfícies são utilizados

métodos de análise de estabilidade de taludes, que são divididos em:

• Métodos determinísticos;

34

• Métodos probabilísticos;

• Métodos numéricos.

Os métodos analíticos ou determinísticos são muito utilizados nas análises de estabilidade

de taludes, destacando-se aqueles baseados na teoria do equilíbrio limite (GOMES, 2003).

Ainda segundo GOMES (2003) a teoria do equilíbrio limite considera que o solo se

comporta como um material rígido-plástico e que o fator de segurança é constante ao longo de

toda a superfície de ruptura.

De acordo com CAPUTO (2008), além do método do equilíbrio limite, que consiste em

isolar massas arbitrárias e estudar as condições de equilíbrio, pesquisando a de menor

equilíbrio, ainda existe um método de estudo que calcula a tensão em todos os pontos do meio

e os compara com as tensões resistentes. Se as tensões no meio forem maiores, haverá a

presença de zonas de ruptura, do contrário, zonas de equilíbrio. O autor classifica esse método

como Método de Análise das Tensões.

Outras formas analíticas para análise de estabilidade de um talude são possíveis, porém

foram descritas as mais utilizadas.

A análise probabilística de estabilidade de taludes, segundo GEO-RIO (2000) é relevante

para confecção de mapas de risco de ruptura, mapas de ocupação e aproveitamento do solo,

entre outros. E, a medida de segurança é feita em termos da probabilidade ou do risco de

ocorrência da ruptura.

GEO-SLOPE (2013) cita que o método permite a consideração da variabilidade nos

parâmetros inseridos, além de quantificar a probabilidade de falha de um talude como foi citado

no parágrafo anterior, que é uma limitação do método determinístico.

A maioria dos parâmetros dos materiais segue uma distribuição normal, mas programas

que calculam a estabilidade por métodos probabilísticos consideram também outras funções de

distribuição de probabilidade como Lognomal, Uniforme e Triangular (GEO-SLOPE, 2013).

Métodos de simulação como o FOSM (First Order Second Moment) e os citados por

HOEK (2007) como Monte Carlo, Amostragem por Hipercubo Latino e Métodos de Estimação

Pontual são utilizados para a análise da estabilidade. Alguns métodos convergem para melhores

resultados que outros, enquanto uns são vantajosos por realizarem menos iterações que outros

para convergir para valores aceitáveis.

É importante ressaltar que para utilização dos métodos probabilísticos são necessárias

informações geotécnicas distribuídas espacialmente na região de estudo.

35

De acordo com KOPPE (2013), os métodos numéricos são mais recentes e são utilizados

quando o objetivo principal é a determinação dos deslocamentos ao invés da magnitude das

tensões aplicadas no talude. Outras aplicações possíveis são em estudos paramétricos,

retroanálises associadas a dados de instrumentação no campo e investigações sobre o

mecanismo provável de ruptura.

Esse tipo de análise requer dados sobre o perfil geotécnico e determinação detalhada dos

parâmetros de deformabilidade e resistência dos materiais envolvidos. Por serem sofisticadas,

essas análises são mais comuns em obras de grande porte (GEO-RIO, 2000).

Segundo KOPPE (2013) os resultados das simulações dos modelos numéricos são o

equilíbrio e o colapso. Ele afirma que se o resultado é um estado de equilíbrio, as tensões e

deformações resultantes em qualquer ponto da massa rochosa podem ser comparadas com os

valores medidos e que quando ocorre o contrário, o modo de ruptura previsto fica demonstrado.

As técnicas numéricas mais comuns para resolução de problemas de estabilidade são os

elementos finitos e elementos discretos. OTOYA (2011) descreve que o método de elementos

finitos tem se desenvolvido rapidamente e tem ganhado popularidade para a análise de

estabilidade de taludes quando o mecanismo de falha não está controlado por estruturas

discretas geológicas, pois esses métodos estão baseados em modelos constitutivos de tensão-

deformação e tem dificuldades em simular famílias com um número grande de

descontinuidades dentro do maciço. Ainda segundo OTOYA (2011), o método dos elementos

discretos permite simular um número grande de descontinuidades assim como também permite

a simulação de grandes deformações.

Em geral, modelos numéricos requerem mais tempo para organizar e resolver problemas

em comparação aos métodos determinísticos, porém, à medida que os computadores melhoram

seu desempenho, os métodos numéricos garantem mais seu espaço como uma importante

ferramenta de análise (KOPPE, 2013).

2.3 SOLUÇÕES PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES

É comum que a realização de obras interfira na estabilidade dos taludes do entorno das

mesmas, dessa maneira é importante garantir a segurança do local, de modo a solucionar e

controlar essas possíveis instabilidades. Entretanto, é necessário que essas intervenções sejam

economicamente viáveis. Buscando este equilíbrio entre a segurança e a economicidade,

36

projetos de estabilização devem ser estudados e desenvolvidos. As etapas desses projetos são

apresentadas na FIG. 2.1.

FIG. 2.1 Fases de um projeto de estabilização de taludes.


Os objetivos de uma intervenção para estabilização de um talude são, geralmente, diminuir

a pressão da água, minimizar os efeitos da gravidade, amenizar e controlar a erosão, e onde

necessário, combater a ação do gelo (GUIDICINI E NIEBLE, 1984).

De acordo com a GEO-RIO (2000) a drenagem e a proteção superficial são soluções

normalmente presentes na estabilização de taludes. Porém, são diversas as soluções que podem

ser aplicadas na estabilização de taludes e a escolha de cada uma varia com o cenário. É

importante que a caracterização do mesmo tenha sido efetuada com qualidade, com base em

dados confiáveis para escolha do tratamento adequado do talude.

HOEK E LONDE (1974) apud GUIDICINI E NIEBLE (1984) consideram que as técnicas

de estabilização de taludes estão relacionadas com a mudança na geometria do talude, drenagem

da água subterrânea, reforço do maciço e controle do desmonte, sendo esse último considerado

apenas para taludes rochosos.

As obras não são as únicas responsáveis pelo processo de instabilização dos taludes, além

desse ser um processo natural, conforme já mencionado, sabe-se também que a população das

regiões metropolitanas vem crescendo e as áreas para ocupação estão cada vez mais restritas,

FASES DO PROJETO DE ESTABILIZAÇÃO

Análise de estabilidade e escolha da solução;

Detalhamento do projeto;

Implantação da obra;

Monitoramento e manutenção.

37

obrigando que as pessoas se mudem para áreas com condicionantes geológicos favoráveis

a ocorrência de movimentos de massa. A ocupação dessas áreas acelera o processo de ruptura,

que quando ocorre causa impactos econômico-sociais negativos. Sendo assim, medidas para

estabilização dos locais e prevenção de acidentes devem ser tomadas.

CHIOSSI (2013) recomenda o isolamento de locais muito críticos, de forma a evitar a ação

antrópica e buscando manter o sistema de drenagem superficial operante. O autor destaca que

nas regiões de tálus, deve-se atentar para possível trincas, e realizar o tratamento do local se

necessário.

Segundo CASTRO (2003), as encostas ocupadas caoticamente podem ter suas condições

de segurança melhoradas mediante amplo programa de ações interativas entre o governo e a

comunidade local. Toda a comunidade deve ter um amplo entendimento do problema, e as

medidas corretivas devem ser definidas por consenso. Ainda de acordo com o autor, as

atividades preventivas de caráter permanente podem ser subdivididas em:

• Obras de infraestrutura;

• Medidas não estruturais;

• Medidas estruturais de estabilização de encostas.

É sabido que a interferência nas estruturas das residências construídas nas áreas de risco é

delicada, tanto porque a maioria da população que ocupa essas regiões não tem condições

financeiras para tal procedimento. Sendo assim, cabe ao poder público a implantação de obras

e serviços de infraestrutura nesses locais visando a mitigação dos problemas. Para CASTRO

(2003) essas obras estão relacionadas principalmente aos seguintes serviços a seguir:

• Esgotamento de águas servidas;

• Sistema de drenagem das águas pluviais;

• Rede de abastecimento d’água;

• Rede de esgotos sanitários;

• Serviço de coleta do lixo urbano.

Além dessas obras é importante também atuar nos seguintes fatores (CASTRO, 2003):

• Controle da declividade e altura dos cortes: a execução indiscriminada de cortes

com a finalidade de construir estradas ou residências, principalmente com

inclinações e alturas excessivas e incompatíveis com a resistência intrínseca do

solo, facilita os escorregamentos.

38

• Controle de aterros: a execução de aterros em locais tratados previamente, com

material de empréstimo inadequado para aquela obra, ou ainda quando a

compactação é insuficiente, criam condições favoráveis a instabilização do mesmo.

• Controle do lixo: a disposição inadequada do lixo, em linhas de drenagem naturais

ou no topo de encostas aumenta os riscos de escorregamento.

• Controle da cobertura vegetal: a retirada da cobertura vegetal nos taludes permite o

impacto direto da precipitação no terreno, facilitando a erosão e a infiltração de

água e diminuindo a coesão do solo.

As ações não estruturais envolvem medidas relacionadas às políticas urbanas,

planejamento urbano, legislação, planos de defesa civil e educação. Normalmente essas ações

têm custo inferior a uma intervenção estrutural, além de apresentar bons resultados,

principalmente na prevenção de acidentes. Tratam-se, portanto, de medidas sem a intervenção

de obras de engenharia.

Para CASTRO (2003) as medidas não estruturais mais importantes são:

• Parceria entre os órgãos governamentais e a população permitindo o estudo

conjunto do cenário e a definição de soluções mais adequadas.

• Mapeamento das áreas de risco e criteriosa definição das áreas onde não pode haver

ocupação, as áreas que podem ser ocupadas com restrição e as que podem ser

ocupadas normalmente;

• Desenvolvimento de diretrizes, objetivando a gradual reordenação urbanística das

encostas ocupadas e forma desordenadas;

• Reestruturação do sistema viário que deve exigir para novos projetos, dentro das

limitações, traçado e desenvolvimento em sentido paralelo ao das curvas de nível;

• Definição de projetos habitacionais seguros e de baixo custo, adaptados as

condições topográficas e pedológicas das encostas;

• Formulação de uma legislação que regulamente o uso e a ocupação do solo e

fiscalização efetiva para cumprimento dos preceitos legais;

• Estudos e monitoramento das condições de estabilidade dos locais de risco e criação

de centros operacionais que emitam alertas para informar tanto a população quanto

os órgãos responsáveis pela tomada de metidas preventivas e emergenciais, como

evacuação de áreas com risco iminente de ruptura;

39

• Implementação de planos de alerta e de contingência para definir quais ações

deverão ser tomadas em cada nível de alerta e em caso de ocorrência do movimento

de massa;

• Aplicação efetiva de programas de educação e capacitação da população,

principalmente em áreas mais vulneráveis aos problemas de instabilidade, para que

a população residente no local evite atitudes que possam deflagrar ou acelerar um

movimento de massa e saiba como agir em caso de emergência.

Os tipos de soluções objetivando a estabilização de encostas estão em constante evolução,

em função do surgimento de novas técnicas e do aprofundamento dos conhecimentos sobre os

mecanismos de estabilização.

Na maioria dos casos pode-se optar por mais de um tipo de solução. Dessa forma, para a

escolha deve-se considerar os seguintes aspectos (GEO-RIO, 2013):

• Custos;

• Prazos;

• Segurança;

• Impactos ambientais;

• Interferência no meio;

• Aspectos construtivos.

As principais soluções para estabilização de taludes em solo são apresentadas na TAB. 2.5.

TAB. 2.5 Soluções para estabilização de taludes em solo.

Taludes em solo

Retaludamento Drenagem e proteção superficial Drenagem profunda

Estruturas de contenção

Solo grampeado Muro e talude de solo reforçado

Estruturas ancoradas ou chumbadas

Cortina Grelha Placa Muros chumbados

Muros de peso

Muro de gabiões Muro de sacos de solo e cimento Muro de concreto ciclópico Muro de concreto armado Muro de pedra


40

O primordial para estabilização de um talude em rocha é a decisão da ação de controle do

problema, ou seja, definir se o problema deve ser eliminado, estabilizado ou se a única solução

é a convivência com o mesmo, sendo que para cada decisão as soluções representadas na TAB.

2.6 são a remoção, a contenção e a proteção, respectivamente.

TAB. 2.6 Soluções para estabilização de taludes em rocha.

Taludes rochosos ou blocos soltos

Drenagem superficial e profunda

Remoção Remoção de bloco de rocha Desmonte total ou parcial de bloco de rocha Reconformação do talude rochoso

Contenção

Ancoragens Chumbadores Contrafortes Contrafortes ancorados Entelamento ancorado

Proteção

Entelamento Barreiras de impacto Trincheira para remoção de blocos Falso túnel


2.4 MONITORAMENTO E GERENCIAMENTO DE RISCOS DE ENCOSTAS

Para monitorar o comportamento de uma encosta é importante que a mesma esteja

instrumentada. O constante acompanhamento dos dados fornecidos por essa instrumentação é

essencial para previsão de um movimento de massa de grandes proporções. O ideal é que exista

um fornecimento contínuo de dados pelo monitoramento em tempo real remoto, pois isso

possibilita ações eficazes para prevenir ou impedir a movimentação de massa em lugares

vulneráveis. A instrumentação tradicional tem limitações quanto ao monitoramento remoto

eficaz, mas tecnologias estão sendo desenvolvidas para atingir esse objetivo, como por

exemplo, o monitoramento utilizando extensômetros de fibra óptica, que são utilizados nos

ensaios deste trabalho.

Segundo GUIDICINI E NIEBLE (1984), a instrumentação de um talude permite a

sistematização do comportamento do mesmo, e tem o propósito de verificar se o

41

comportamento do talude se encontra dentro do previsto em projeto e acompanhar os indícios

de uma possível movimentação de massa, nesse caso constituindo um sistema de alarme.

A instrumentação convencional de um talude consiste na utilização de um ou mais dos

seguintes dispositivos:

• Pluviômetros;

• Piezômetros e indicadores de nível d'água;

• Inclinômetros;

• Células de carga;

• Marcos topográficos ou superficiais para acompanhamento topográfico.

De acordo com a necessidade de monitoramento de um talude, outros tipos de

instrumentação podem ser utilizados, mas em geral são utilizados os equipamentos citados.

Mais detalhes sobre instrumentação geotécnica podem ser encontrados em DUNNICLIFF

(1988).

Mapas de movimentos de massa também são úteis e têm sido amplamente utilizados para

o monitoramento de taludes. Os tipos de mapa são descritos a seguir:

• Mapa de Inventário: indicam as áreas identificadas como tendo problemas por

processos de movimentos de massa (HIGHLAND e BOBROWSKY, 2008);

• Mapa de Susceptibilidade: descreve as áreas que tem potencial para ocorrência de

movimentos de massa (HIGHLAND e BOBROWSKY, 2008);

• Mapa de Vulnerabilidade: estuda o nível de danos a que a ocupação está sujeita;

• Mapa de Risco: tem como resultado a probabilidade de ocorrência do processo e a

magnitude das perdas materiais e de vidas humanas.

Os estudos de modelos matemáticos relativos a séries históricas de deslizamentos permitem

a definição de índices pluviométricos críticos, que variam em função da área considerada, sendo

menores nos escorregamentos induzidos por ações antrópicas e maiores nos escorregamentos

generalizados. Desta forma pode-se afirmar que a medida local de níveis de saturação do terreno

pela água também permite antecipar os desastres iminentes (CASTRO, 2003).

Os movimentos de massas de solo ou rocha, em alguns casos, não se encaixam a leis

conhecidas, resultando em dificuldades na interpretação dos dados e na previsão do

comportamento do talude (GUIDICINI e NIEBLE, 1984). Porém, segundo os autores, são raros

os casos onde a ruptura ocorre de forma súbita sem que haja previamente indícios de

instabilidade. Pode-se citar o caso dos rastejos, onde sinais evidenciam a ocorrência do

processo, como blocos deslocados de sua posição inicial, árvores inclinadas ou com troncos

42

recurvados, estratos de camadas rochosas sofrendo variações bruscas (encosta abaixo) ou

xistosidade, deslocamento de postes, cercas e trincas e rupturas em elementos rígidos como

muro.

2.5 IMPACTOS DOS MOVIMENTOS DE MASSA NOS TRANSPORTES

Devido à grande extensão do território nacional, faz-se necessária a implantação de obras

de infraestrutura de transportes, como as rodovias e ferrovias, em área com características

climáticas e geomorfológicas distintas. De acordo com CHIOSSI (2013), no Brasil, o transporte

rodoviário constitui o principal modal, no qual transitam cerca de 56% das cargas

movimentadas nos mais de 1.355.000 km de rodovias. Adicionalmente, a malha ferroviária do

Brasil possui cerca de 30 mil km de ferrovias de acordo com o mesmo autor.

Durante o período de chuvas essas estruturas, principalmente as rodovias, são cenários da

ocorrência de movimentos de massa, que são responsáveis por transtornos e prejuízos ao

transporte de cargas, além dos impactos sociais (CHIOSSI, 2013).

Segundo BRESSANI (2013) as perdas econômicas envolvendo taludes no Japão, por

exemplo, são de aproximadamente US$ 4,5 bilhões por ano e cerca de US$ 2 bilhões/ano nos

EUA. O autor afirmou ainda que em países subdesenvolvidos a estimativa do prejuízo anual

com instabilidade de taludes esteja na faixa de 1 a 2% do PIB.

Os movimentos de massa são responsáveis por mais perdas socioeconômicas do que

realmente é considerado, pois algumas vezes atribui-se essas perdas a outro evento que

desencadeou o movimento de massa, tendo esses, a magnitude dos seus efeitos ignorada. Pode-

se citar como exemplo, conforme SCHUSTER E HIGHLAND (2001), a enorme destruição

causada pelo desastre de 1970 em Huascarán, no Peru. O evento é considerado como um

desastre causado por um terremoto. Porém esse terremoto provocou um violento fluxo de

detritos, e o dano real, ou seja, a destruição e as mortes foram causadas diretamente por esse

fluxo (SCHUSTER e HIGHLAND, 2001).

De acordo com GUIDICINI E NIEBLE (1984), a frequência desses eventos são muito

superiores ao que é registrado e divulgado na mídia, já que o anúncio da ocorrência de acidentes

envolvendo a ruptura de taludes só ocorre em casos em que há grande impacto socioeconômico

ou em regiões com maior ocupação humana.

43

Os custos decorrentes de um acidente ocasionado por um movimento de massa podem ser

considerados diretos quando se trata da realocação de desabrigados, reconstrução, reparos e

manutenção de estruturas e instalações destruídas ou danificadas pelo desastre em questão.

Todos os outros custos são indiretos.

SCHUSTER E HIGHLAND (2001) comparam a magnitude dos custos indiretos em

relação aos custos diretos em dois casos de desastres relacionados a movimentos de massa em

uma rodovia nos EUA. Na Rodovia 50, na Califórnia, ocorreu um deslizamento de terra no ano

de 1983 interditando o acesso turístico ao popular Lago Tahoe. Os custos de reparos das

rodovias totalizou 6,2 milhões de dólares, mas a perda estimada de receitas turísticas foi de US$

120 milhões, cerca de 20 vezes maior que os gastos diretos para o reparo. Outro deslizamento

ocorreu na mesma rodovia em 1997, em um local próximo ao do evento citado anteriormente.

Assim como no caso anterior, a rodovia ficou interditada devido ao deslizamento e para ser

liberada era necessária a retirada de 270.000 m3 de material, o tempo para realizar esse serviço

foi de quatro semanas a um custo de US$ 4,7 milhões. As perdas econômicas indiretas devido

ao fechamento da estrada foram aproximadamente seis vezes maiores que o custo direto da

obra.

WALKINSHAW (1993) apud SCHUSTER E HIGHLAND (2001), realizou uma pesquisa

nos EUA e determinou que os custos diretos anuais totais de manutenção e reparos de danos

causados por movimentos de massa em estradas norte-americanas entre os anos de 1985 e 1990

atingiram uma média de 142 milhões dólares. SCHUSTER E HIGHLAND (2001) destacaram

que as estradas estaduais e federais analisadas na pesquisa de WALKINSHAW (1993)

representam apenas cerca de 20% dos mais de 6 milhões de quilômetros de todo sistema viário

Americano. Em contrapartida, segundo os autores, esses vinte por cento absorvem a maior parte

dos gastos com estabilidade de taludes uma vez que nessas regiões encontram-se as áreas que

demandaram cortes e aterros maiores.

SCHUSTER E HIGHLAND (2001) destacam que os departamentos de transporte

estaduais Americanos não mantém registros satisfatórios de seus gastos com manutenção das

estradas quando se trata de estabilização de taludes. No Brasil, MATTOS (2009) cita que o

Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) estimou que em 2007 foram

gastos aproximadamente 92 milhões de reais com obras de recuperação de encostas,

estabilidade de taludes e controle de erosões, totalizando 33,5% dos gastos com obras

emergenciais em rodovias federais.

44

Pode-se visualizar na FIG. 2.2 a densidade de ocorrências de movimentos de massa no

Brasil entre os anos de 1991 e 2010. Os registros estão representados crescentente pela escala

de cor, onde a cor mais escura significa locais com mais de 80 registros e a mais clara, apenas

um registro (UFSC, 2012).

Segundo o UFSC (2012) foram registradas nesse período 454 ocorrências de movimentos

de massa sendo que 81,72% ocorreram na Região Sudeste.

FIG. 2.2 Mapa de desastres causados por movimentos de massa no Brasil no período de 1991

a 2010. Fonte: UFSC (2012).

Entre os meses de novembro de 2008 e janeiro de 2009 o estado de Santa Catarina foi

afetado por chuvas torrenciais, desencadeando inundações e movimentos de massa. Segundo o

BANCO MUNDIAL (2012b), nesse episódio ocorreram 110 fatalidades, sendo que 97% dos

óbitos foram resultados de soterramentos pós-deslizamento de encostas. Ainda segundo a

mesma fonte, sabe-se que entre os setores de infraestrutura, o de transporte foi o mais

impactado, isso devido aos danos em estradas, vias urbanas e principalmente os danos diretos

e indiretos no Porto de Itajaí e o Gasoduto Bolívia-Brasil, porém não foram encontrados dados

que determinem exatamente qual parcela desse impacto financeiro é de responsabilidade dos

movimentos de massa.

O que se sabe, é que um trecho do Gasoduto Bolívia-Brasil, também denominado

GASBOL, foi afetado por erosões de pequena monta, escorregamento de taludes,

45

deslocamentos e amassamentos do duto associados a movimentações de massa coluvionares,

até seu rompimento, produzido por uma dentre as diversas corridas de detritos observadas nas

encostas da região (SILVA, 2012).

Segundo SILVA (2012), o rompimento foi o maior dano causado para o gasoduto, pois o

suprimento de gás a região Sul do país foi interrompido e só foi reativado, precariamente, quase

15 dias depois.

Ainda de acordo com o mesmo autor, para remediar os danos causados pelo rompimento

da linha e prevenir que outro acidente como esse ocorra novamente e garantir a segurança da

faixa e a integridade do GASBOL, medidas de baixo custo e rápida mobilização foram tomadas.

Dentre as principais soluções destacam-se procedimentos de drenagem superficial e

profunda, estabilização de taludes com muros e concreto projetado, aplicação de revestimento

vegetal e a proteção de margens de rios, linhas de drenagem e córregos com gabiões,

geossintéticos, concreto e sacarias de solo-cimento. A região foi instrumentada para

acompanhamento (SILVA, 2012).

Entre os dias 11 e 12 de janeiro de 2011, chuvas de grande intensidade deflagraram as

inundações e deslizamentos da Região Serrana do Rio de Janeiro, evento que causou mais de

900 mortes em sete cidades e afetou mais de 300 mil pessoas, o que equivale a 42% da

população dos municípios atingidos (BANCO MUNDIAL, 2012a).

Com relação as perdas e danos, estimativas do BANCO MUNDIAL (2012a) apontam para

custos totais da ordem de R$ 4,78 bilhões. No setor de infraestrutura de transportes foram

estimados perdas e danos da ordem de R$ 621 milhões, o que representa 13% dos custos totais

do desastre da Região Serrana do Rio de Janeiro. Diversos trechos de rodovias estaduais,

pontes, pontilhões, pavimentação urbana e outros equipamentos foram destruídos pelas

inundações e deslizamentos. Os prejuízos devido aos danos em cada uma das estruturas estão

especificados nas tabelas TAB. 2.7 e TAB. 2.8.

TAB. 2.7 Danos financeiros ao setor de infraestrutura de transportes no desastre da Região Serrana do Rio de Janeiro em 2011.

Estruturas Danos (R$) Rodovias Estaduais 318.592.547,10 Vias Urbanas 154.583.823,98 Pontes 83.796.422,35 Pontilhões 36.330.789,72 Estradas Vicinais 27.667.650,00

TOTAL 620.971.233,15 Fonte: Adaptado de BANCO MUNDIAL (2012a).

46

O valor estimado das perdas e danos no setor de infraestrutura de transportes não inclui os

prejuízos indiretos, devido à falta de dados concretos com essas informações (BANCO

MUNDIAL, 2012a).

Segundo a catalogação realizadas por órgãos de transporte e citadas em BANCO

MUNDIAL (2012a), cinco rodovias estaduais da região foram identificadas no plano de

intervenções para a recuperação das vias de acesso à Região Serrana como críticas, e apenas

essas tinham custo de recuperação estimado em mais de R$ 292 milhões: nessas seis rodovias

estaduais (RJ-130, RJ-134, RJ-142, RJ-148 e RJ-150), 112 pontos críticos demandaram

intervenções para o restabelecimento do tráfego local.

TAB. 2.8 Danos materiais em estruturas de transportes no desastre da Região Serrana do Rio de Janeiro em 2011.

Municípios

Obras de Arte (Pontes, Pontilhões ou Passagens

Molhadas) Estrada (km) Pavimentação de Vias

Urbanas (mil m2)

Danificadas Destruídas Danificadas Destruídas Danificadas Destruídas Nova Friburgo 20 96 450 150 350 150

Petrópolis Teresópolis 12 20 50 70 50 30 Bom Jardim 1 10 400 120 76 30 Sumidouro 10 52 659 6 12 São José do Vale do Rio Preto

1 5 21

Areal 2 1 20 10 TOTAL 46 184 1600 340 492 222

Fonte: Adaptado de BANCO MUNDIAL (2012a).

2.6 CONCLUSÕES PARCIAIS

A análise da estabilidade de taludes é de grande importância para o desenvolvimento de

estruturas de transporte, já que essas têm grande influência na estabilidade do terreno no seu

entorno. Para que o projeto da análise de taludes seja bem feito é importante, entre outros

fatores, considerar as características geológicas do local e também o índice de pluviosidade do

mesmo.

Apesar dos movimentos de massa serem processos naturais, as intervenções antrópicas sem

o devido planejamento aceleram a ocorrência dos mesmos, o que pode resultar em danos

relevantes às estruturas de transporte, muitas vezes associados à perda de vidas.

47

O monitoramento dessas encostas pode auxiliar na tomada de decisões previamente a uma

ocorrência de movimento de massa. Assim, é possível prevenir ou atenuar os possíveis impactos

gerados por essas ocorrências.

48

3 SISTEMAS FLEXÍVEIS DE ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES

Este capítulo aborda as características gerais das malhas de aço utilizadas em estabilização

de taludes.

3.1 INTRODUÇÃO

De forma a atender à crescente demanda da população e do mercado para utilização dos

sistemas de transporte, o investimento em obras de infraestrutura como estradas, ferrovias e

hidrovias tem aumentado com o tempo. Desse modo, é inevitável que em algum momento essas

obras sejam realizadas em locais instáveis do ponto de vista geotécnico, ou até mesmo que essas

intervenções sejam responsáveis pela instabilidade das encostas da região do empreendimento,

devido a procedimentos de corte e aterro.

Existem vários métodos para estabilização de taludes, dentre eles alguns que envolvem

técnicas de faceamento. De acordo com a Norma Europeia EN 14490 (2010), os tipos de

faceamento são divididos em:

• Faceamentos rígidos (hard facing);

• Faceamentos simples (soft facing);

• Faceamentos flexíveis (flexible facing).

Os faceamentos rígidos são os mais aplicados, sendo aqueles que utilizam concreto e

concreto projetado na sua execução. Desde que a drenagem, a quantidade de concreto e de

reforço de aço ou fibras sejam bem dimensionados, considera-se que os revestimentos rígidos

constituem sistemas de estabilização seguros (CALA et al., 2012).

De acordo com a norma EN 14490 (2010), os faceamentos simples são utilizados por um

curto prazo, visando apenas assegurar a estabilidade do solo superficial enquanto a vegetação

semeada se estabelece.

Adicionalmente, os faceamentos flexíveis são caracterizados pela utilização de

geossintéticos e malhas e/ou cabos de aço na estabilização dos taludes, onde a função dessas

malhas pode ser a estabilização superficial do talude ou o controle dos materiais que por ventura

49

se soltem do maciço. Esses sistemas podem ser combinados com soluções de hidro-semeadura

que podem ser associadas a biomantas (CALA et al., 2012).

As primeiras utilizações das malhas de aço ocorreram na década de 1950, em rodovias nos

Estados Unidos, com propósito de controlar quedas de rochas em taludes afetados por processos

erosivos (SHU et al.,2005). De acordo com os autores, nessa época, os fios de aço das telas

possuíam grandes diâmetros e eram projetados através de métodos empíricos, baseados no

julgamento e experiência da equipe de engenharia. Com o passar do tempo, os projetistas

perceberam que alguns elementos da estrutura estavam sobredimensionados e outros, eram até

mesmo desnecessários (SASIHARAN et al., 2006). Adicionalmente, falhas devido à exposição

as diversas condições de carregamento se manifestaram, indicando a necessidade do

aprimoramento dessas estruturas (SHU et al., 2005).

Na década de 1980 o projeto dos sistemas flexíveis de estabilização de taludes já

apresentava novas características, com menores diâmetros e possibilidade de aplicação em

taludes de maior altura (JUSTO et al., 2009). Naquela época, a altura máxima recomendada

para aplicação da técnica era de 23 m (SHU et al., 2005). Atualmente os sistemas são formados

por malhas de aço, algumas vezes associadas a cabos de aço, e tirantes ancorados no solo ou na

rocha (BLANCO-FERNANDEZ et al., 2011). Os autores afirmam ainda que a técnica é muito

utilizada principalmente pelo baixo impacto visual e influência mínima no tráfego durante sua

instalação.

3.2 MODO DE FUNCIONAMENTO DAS MALHAS DE AÇO

De acordo com BLANCO-FERNANDEZ et al. (2011), os modos de funcionamento de um

sistema flexível de malhas de aço podem ser divididos em ativos ou passivos. A função dos

sistemas ativos é prevenir quedas de rochas ou escorregamentos, devido a pressão aplicada no

maciço através de um pré-tensionamento do sistema que cobre a região instável. Em contraste,

no modo passivo, as malhas utilizadas possuem menor resistência à tração e não são pré-

tensionadas durante a instalação. Desse modo, pode-se considerar que o sistema funciona de

forma reativa aos esforços do maciço (CARDOSO, 2013). Os sistemas passivos foram

utilizados pela primeira vez na década de 1950 (PECKOVER e KERR, 1976), enquanto que os

sistemas ativos só começaram a ser utilizados a partir da década de 1980 (JUSTO et al., 2009).

50

3.2.1 MODO PASSIVO DE FUNCIONAMENTO

Os sistemas passivos são projetados para mitigar os efeitos de um movimento prévio do

talude, interceptando e impedindo a movimentação dos blocos em queda (BERTOLO et al.,

2009).

CALA et al. (2012) afirmam que apesar de em alguns casos isolados, dependendo da

geometria e condições de declive do talude, os sistemas passivos podem ser fixados por

grampos na face do talude. Na maioria dos casos, as malhas são fixadas apenas na crista do

talude, ficando soltas na face do mesmo, conforme ilustra a FIG. 3.1. Nesse caso a função do

sistema é direcionar os blocos que se soltam para o pé do talude, impedindo que esses atinjam

as vias adjacentes (GEO-RIO, 2013).

FIG. 3.1 Princípio de funcionamento de um sistema passivo

Fonte: CALA et al. (2012).

Para CARDOSO (2013) o modo de funcionamento descrito acima, em que a função do

sistema é impedir a queda de materiais que porventura se desprendam do maciço, é definido

como “modo preventivo” de funcionamento. De acordo com o autor, o modo passivo de

funcionamento, ocorre quando o sistema após ser instalado na superfície do talude, trabalha de

forma a reagir aos movimentos do maciço no sentido da malha, motivados pela descompressão

do mesmo ou pela aplicação de alguma solicitação externa. Neste trabalho, considera-se que o

modo passivo de funcionamento não atua diretamente de forma a prevenir a ocorrência de uma

instabilidade.

De acordo com MACCAFERRI (2011) as soluções baseadas na aplicação de malhas de

aço, pertencentes ao sistema de proteção passivos são:

51

• Malhas hexagonais de dupla torção;

• Barreiras flexíveis.

As malhas hexagonais de dupla torção constituem sistemas de revestimento simples, cuja

resistência máxima à tração dos fios de aço que compõem a malha atinge até 400 MPa

(BLANCO-FERNANDEZ et al., 2013). A FIG. 3.2 ilustra um talude revestido por um sistema

de malhas hexagonais de dupla torção.

FIG. 3.2 Malha hexagonal de dupla torção instalada no talude.

Fonte: MACCAFERRI (2011).

Os sistemas de revestimentos simples podem ser aplicados em taludes de escavação ou

naturais, e a função desses elementos é proteger obras de infraestrutura e construção civil

situadas nas proximidades dos taludes da queda de rochas, orientando os fragmentos para o pé

do talude (MACCAFERRI, 2011).

A opção por esses sistemas se dá em situações onde a superfície tende a fragmentar-se.

Porém, existe a limitação da dimensão dos fragmentos, que deve ser superior à menor abertura

da malha e inferior a 0,50 m.

A instalação do material se dá o mais próximo da superfície em taludes cuja inclinação seja

moderada ou onde há possibilidade para desenvolvimento de vegetação. Nos casos onde a

inclinação do talude é acentuada, a malha deve ser ancorada na crista e no pé do talude,

mantendo-se toda a face livre ao longo de sua altura e extensão, conforme ilustrado na FIG. 3.3.

Além disso, é importante dimensionar a ancoragem de forma segura e contínua, prevendo a

solicitação devido à acumulação de detritos entre a malha e o talude.

52

FIG. 3.3 Esquema de ancoragem de um sistema de revestimento simples.


A FIG. 3.4 ilustra a configuração do sistema de ancoragem na crista do talude.

FIG. 3.4 Sistema de ancoragem na crista do talude.


As barreiras flexíveis são estruturas que podem ser consideradas leves e esbeltas, e são

constituídas por telas, rede de anéis e cabos ancorados de forma passiva em uma região estável

do maciço (GEO-RIO, 2013). A FIG. 3.5 ilustra uma seção típica de uma barreira de impacto.

53

FIG. 3.5 Seção típica de uma barreira flexível de impacto.

Fonte: DUFFY E SMITH (1990) apud GEO-RIO (2013).

As barreiras têm função de interceptar rochas de pequenas e grandes dimensões,

protegendo as estruturas situadas próximas a essas barreiras.

De acordo com GEO-RIO (2013) o sistema é eficiente para suportar impactos com grandes

energias devido à liberdade de deslocamento da estrutura em função da mobilização dos

elementos que a constituem. Dessa forma, permitindo um maior deslocamento, maior será o

tempo de choque ao qual a barreira suportará, já que a massa de choque multiplicada pela

velocidade do choque é igual à força mobilizada vezes o tempo de choque. Conforme

GEOBRUGG (2014b), em eventos naturais de queda de rochas, a velocidade do material se

encontra entre 10 a 20 m/s, podendo atingir até 25 m/s.

A especificação da barreira é realizada com base na energia de impacto prevista (GEO-

RIO, 2013), sendo que são dimensionadas para energias de impacto de até 8000 kJ.

Além da queda de blocos, as barreiras flexíveis, em seus variados tipos, também podem

reter materiais provenientes de avalanches, fluxo de detritos e deslizamentos de neve ou talude

(GEOBRUGG, 2014b). Desse modo, o volume de retenção da rede deve ser dimensionado

considerando uma capacidade igual ou maior ao volume esperado, denominado “volume

mobilizado” (VOLKWEIN et al., 2011). Exemplos de barreira de proteção são demonstrados

na FIG. 3.6.

54

FIG. 3.6 Exemplo de barreira flexível.

Fonte: CALA et al. (2012). Após a ocorrência de um evento que solicite a barreira, é necessária a verificação da

necessidade de manutenção da mesma, de modo a substituir os elementos danificados,

restaurando a resistência de projeto (GEO-RIO, 2013).

3.2.2 MODO ATIVO DE FUNCIONAMENTO

Define-se como sistema de estabilização ativo aquele que tem como função prevenir a

ocorrência de instabilidades no maciço (BERTOLO et al., 2009). CARDOSO (2013) completa

que esse efeito ocorre devido a aplicação de um pré-tensionamento nas ancoragens do sistema

no momento da instalação, permitindo a aplicação de um esforço no sentido do talude,

contribuindo para sua estabilização superficial.

De acordo com BLANCO-FERNANDEZ et al. (2013), duas condições principais devem

ser satisfeitas para que um sistema flexível possa ser considerado como ativo:

• A malha deve ser pré-tensionada com uma força conhecida, que depende da tensão

necessária para estabilização do maciço e da curvatura do talude;

• A face do talude, por consequência a malha, deve apresentar uma curvatura

convexa. Dessa forma, a transferência de tensão entre o sistema e o maciço ocorrerá

de modo uniforme.

Os sistemas ativos de malhas de aço são considerados métodos de proteção e estabilização

com custos viáveis (TORRES-VILLA, 1999 apud JUSTO et al., 2014) e em alguns casos, em

taludes muito altos e íngremes, podem ser a única solução possível (JUSTO et al., 2014).

Segundo BLANCO-FERNANDEZ et al. (2011), os principais sistemas regidos pelo modo

ativo de funcionamento são as redes de cabo de aço e as malhas de aço de alta resistência.

As redes de cabo de aço constituem sistemas de reforço superficial, ou seja, têm a função

55

de estabilizar a face superficial do talude, como também reter eventuais desprendimentos de

rochas (BERTOLO et al., 2009). Desse modo, é importante destacar que esses sistemas não são

propostos para garantir a estabilidade global do maciço (MACCAFERRI, 2011). Ainda

segundo o mesmo autor, para dimensionar o sistema é preciso avaliar tanto a rigidez do

revestimento, proporcionando grande resistência e mínimas deformações, quanto os esforços

transmitidos às ancoragens.

BLANCO-FERNANDEZ et al. (2013) descrevem que o sistema é composto pelos

seguintes elementos:

• Malha de aço convencional: a função é reduzir o espaçamento entre os painéis das

redes de cabo de aço para evitar o desprendimento de pequenos fragmentos de solo

ou rocha. Não fornece qualquer resistência adicional para a estabilidade global. É

o primeiro elemento a ser instalado;

• Malhas de cabo de aço: possuem trançado de cabo de aço galvanizado. Grampos

específicos conectam os cabos nas interseções da rede. As malhas de cabo de aço

são fornecidas, geralmente, em painéis quadrados ou retangulares de diferentes

dimensões, variando entre 2 a 6 m;

• Cabos de reforço, emendas e contorno: utilizados para unir painéis das malhas,

ajustar a malha na face do talude e enrijecer o sistema através da conexão com os

chumbadores instalados na extensão da malha e ancoragens nas extremidades. O

tamanho do diâmetro do cabo depende do fabricante, mas varia de 8 a 20 mm.

Cabos de reforço são distribuídos horizontalmente e verticalmente, formando um

padrão quadrado ou retangular, de 2 a 6 m, unindo os painéis das malhas de cabo

de aço. Nos pontos de interseção entre cabos horizontais e verticais, ocorre a

fixação do cabo por meio de chumbadores. Os cabos de contorno dão acabamento

à malha, contornando as extremidades da zona a ser estabilizada;

• Chumbadores;

• Ancoragem;

• Placas de ancoragem.

BLANCO-FERNANDEZ et al. (2013) detalham o processo de instalação do sistema

conforme descrito a seguir:

• Após a instalação da malha convencional, a malha de cabos de aço é instalada.

Durante o processo de instalação, os painéis são colocados no sentido da crista para

o pé do talude. Os painéis são fixados um ao outro, geralmente através de cabos de

56

contorno, sendo que alguns fabricantes utilizam grampos para conexão.

• Os chumbadores são fixados na interseção entre os painéis. Para adquirir uma forma

convexa nas regiões onde os chumbadores são instalados e pré-tensionados, pode-

se criar uma pequena depressão no talude. É importante destacar que as malhas

devem ser bem esticadas antes da pré-tensão.

• O próximo passo é esticar os cabos de contorno para a região nas extremidades do

talude, auxiliando no pré-tensionamento da rede. Este processo de estiramento é

realizado tanto para os cabos horizontais quanto verticais.

• Finalmente, os chumbadores são protendidos, aproximando a malha do talude nas

regiões onde foram feitas depressões ao redor dos chumbadores, contribuindo para

uma força de pré-esforço adicional no sistema.

A FIG. 3.7 ilustra a malha de cabo de aço após instalação no talude, sendo que cada painel

é definido por uma largura “a” e altura “b”.

A medida que um chumbador é submetido a grandes esforços, a tensão excedente tende a

se redistribuir entre eles através da distribuição de forças na rede. Porém, a atuação desses

sistemas é limitada à prevenção de instabilidades paralelas próximas à superfície (CALA et al.,

2012).

FIG. 3.7 Sistema de malhas de cabos de aço.


As malhas de aço de alta resistência, foram desenvolvidas na década de 1980 (JUSTO et

al., 2009) e constituem sistemas flexíveis de estabilização superficial de taludes, que podem ser

57

utilizados como alternativas às medidas convencionais de proteção e aos faceamentos com

concreto projetado (GEOBRUGG, 2014a).

As malhas podem ser fabricadas com fios de aço de baixo carbono com diferentes

diâmetros e geometrias, e além de serem aplicadas na estabilização de taludes, podem ser

aplicadas em projetos arquitetônicos, proteção contra detonações, cercas de segurança e até na

proteção de equipamentos e estruturas militares (CALA et al., 2012).

BLANCO-FERNANDEZ et al. (2013) descrevem que os sistemas de estabilização com

malhas de aço de alta resistência são constituídos pelos seguintes elementos:

• Malha de aço de alta resistência: normalmente malhas de torção simples utilizando

fios de aço com resistência maiores que 1600 MPa. A geometria das malhas pode

ser quadrada ou romboédrica com dimensões variáveis. Ao contrário das malhas de

cabo de aço, são aplicadas em rolos e não em painéis.

• Clipes de conexão: elementos utilizados para unir as malhas de diferentes rolos,

permitindo a continuidade da membrana;

• Cabos de emendas: solução à aplicação dos clipes de conexão, utilizadas para unir

malhas de diferentes rolos. Também atuam como cabos de reforço;

• Cabos de reforço: alguns fabricantes optam por reforçar o sistema utilizando cabos

na horizontal e algumas vezes também na vertical;

• Placas de ancoragem: fixam a malha ao talude através ao serem apertadas por uma

rosca fixada no chumbador;

• Cabos de contorno: não são sempre utilizados;

• Chumbadores;

• Cabos de ancoragem: não são sempre utilizados.

De acordo com BLANCO-FERNANDEZ et al. (2013) o processo de instalação é similar

ao das malhas de cabo de aço, exceto por alguns pontos, como a não utilização regular de cabos

de reforço e a possibilidade da junção dos rolos por clipes de conexão ao invés de cabos. A

FIG. 3.8 ilustra uma instalação genérica da malha de aço de alta resistência em um talude e uma

possível configuração dos chumbadores (espaçamento “a” e afastamento “b”).

58

FIG. 3.8 Perfil genérico de um sistema de malha de aço de alta resistência


Tanto para as malhas de aço de alta resistência quanto para as malhas de cabo de aço, é

essencial que a membrana esteja bem esticada sobre a superfície do talude antes da fixação das

placas de ancoragem, pois não é possível que esse ajuste seja feito através do pré-tensionamento

(CARDOSO, 2013). Dessa maneira, garante-se a rigidez do sistema e a sua aplicabilidade como

sistema de proteção ativo.

CALA et al. (2012) ponderam que uma grande diferença entre os dois sistemas descritos é

a maior liberdade na escolha dos espaçamentos entre os chumbadores, que no caso das malhas

de aço de alta resistência, é mais flexível. Devido à utilização dos chumbadores para fixação

dos painéis, no caso das malhas de cabo de aço, não há possibilidade de alteração na

configuração da instalação dessas ancoragens em conformidade com a forma do maciço.

A vantagem da flexibilidade na escolha da aplicação dos chumbadores é a economia,

devido a maiores espaçamentos e afastamentos em regiões mais estáveis (CALA et al., 2012).

Os mesmos autores afirmam que o pré-tensionamento pode atingir valores de até 50kN. A FIG.

3.9 ilustra uma malha de aço pré-tensionada pelas placas de ancoragem.

FIG. 3.9 Placa de ancoragem em conjunto de malha de aço de alta resistência

Fonte: Cala et al. (2012).

59

3.3 NORMAS TÉCNICAS RELACIONADAS

Embora o uso desses sistemas flexíveis tenha se tornado generalizado em todo o mundo,

não há documento técnico oficial (norma) que oriente a concepção, cálculo e utilização

referentes aos mesmos (BERTOLO et al., 2009), exceto por breves referências em PHEAR et

al. (2005) apud BLANCO-FERNANDEZ et al. (2011) e em EN 14490 (2010).

Devido à falta de norma que especifique as características físicas e geométricas que melhor

atendem a função proposta, existem no mercado diferentes configurações para o material

(BLANCO-FERNANDEZ et al., 2011).

Adicionalmente, são poucas as referências científicas que abordam os métodos de ensaios

em malhas de aço de alta resistência. O que se percebeu é que os primeiros ensaios com esse

material foram baseados em ensaios especificados na norma A 975-97 (ATSM, 2003), cujo

objeto são telas hexagonais de dupla torção para confecção de gabiões. Os procedimentos

contemplados na norma foram adaptados para as malhas de alta resistência de torção simples,

de forma que ensaios foram realizados tanto em instituições de ensino (FRESNO, 2000) quanto

por empresas contratadas por fabricantes (BRÄNDLEIN E DEPPISCH, 2005). RODUNER

(2011), baseando-se nesses ensaios e na norma ASTM A 975-97, propôs um procedimento

padrão que se adapta tanto as malhas de alta resistência, quanto as malhas convencionais.

Segundo o autor, o objetivo dessa proposta de ensaio padronizado é a possibilidade de

comparação dos resultados, já que as condições de contorno são as mesmas, independente do

material. A FIG.3.10 ilustra o resultado de dois ensaios de tração em malhas de aço de alta

resistência que serviram como base para a procedimento prosposto por RODUNER (2011).

FIG. 3.10 Resultados de ensaios de tração em malha de aço de alta resistência.

Fonte: Adaptado de BRÄNDLEIN E DEPPISCH (2005).

60

No Brasil, se tratando de malhas de aço de torção simples, pode-se citar a norma NBR

10118 (ABNT, 2013b), que estabelece os requisitos para encomenda, fabricação e fornecimento

de telas de arame zincado de simples torção para uso geral. Porém essa norma não se aplica

para as malhas de aço de alta resistência empregadas na estabilização de taludes, já que essas

possuem características funcionais e mecânicas diferentes das utilizadas em uso geral.

É comum que as malhas aplicadas como sistemas passivos de estabilização de taludes

sejam as mesmas das utilizadas na confecção de gabiões (BELGO BEKAERT ARAMES,

2015). Desse modo, verifica-se referências desses produtos à NBR 10514 (ABNT, 1988), que

fixa condições para encomendar, fabricar e fornecer malhas de aço com formato hexagonal de

dupla torção para confecção de gabiões. Os arames para confecção dessas malhas devem ser

encomendados, fabricados e fornecidos conforme a NBR 8964 (ABNT, 2013a). Porém, apesar

de também ser uma estrutura de estabilização de taludes, os gabiões possuem características de

carregamento distintas das malhas aplicadas diretamente na face do talude e acredita-se que

deveriam ser tratados como estruturas distintas.

Conforme foi descrito neste capítulo, os sistemas flexíveis podem desempenhar diferentes

funções em um projeto de estabilização de taludes. Desse modo, assim como citado por

BUENO E VILAR (2004), se referindo aos geossintéticos, que também são sistemas flexíveis

de estabilização de taludes, para atender as exigências da obra, esses sistemas devem se basear

em propriedades de engenharia que representem as condições de campo, as quais são

geralmente determinadas a partir de ensaios.

3.4 CONCLUSÕES PARCIAIS

Neste capítulo foi discutida a relevância e os diversos tipos de sistemas flexíveis de

estabilização de taludes constituídos por fios de aço.

Os sistemas são classificados conforme seu modo de trabalho, sendo considerados passivos

quando têm função de reter e direcionar os materiais que eventualmente se soltem do maciço,

sem interferência na estabilização do mesmo, e ativos, quando o sistema influencia na

estabilização, mesmo que superficial, do talude. Os primeiros não são obrigatoriamente

aplicados diretamente no maciço, como as barreiras flexíveis. Já os sistemas ativos devem ser

instalados em conjunto com chumbadores na face no talude.

61

Um dos aspectos importantes dos sistemas ativos é que para que seja possível seu

funcionamento como solução para estabilização superficial do talude, é necessário que a malha

de aço de alta resistência ou malha de cabos de aço sejam pré-tensionadas e estiradas de forma

a se tornarem sistemas suficientemente rígidos para exercerem pressão sobre o maciço, sem se

deformarem. Desse modo, ensaios para caracterização do material são importantes para o

entendimento do comportamento do mesmo quando submetidos a esforços como tração ou

punção, de forma a possibilitar o melhor dimensionamento do sistema.

Apesar desta revisão bibliográfica abordar as diferentes categorias de sistemas flexíveis de

estabilização constituídos por malhas e cabos de aço, destaca-se que os ensaios realizados neste

trabalho utilizam apenas amostras de malhas de aço de alta resistência.

Finalmente, reafirma-se a necessidade da elaboração de um documento técnico oficial que

determine as especificações físicas e geométricas para se fabricar, encomendar, fornecer,

ensaiar e utilizar as malhas de aço aplicadas na estabilização de taludes, considerando tanto os

sistemas ativos, sobre os quais não existem nenhuma norma, quanto os passivos, hoje tratados

sob a mesma norma das malhas empregadas na confecção de gabiões. Dessa maneira,

vislumbra-se que o presente trabalho possa contribuir em uma futura elaboração de um

documento técnico oficial nacional.

62

4 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS

4.1 INTRODUÇÃO

Os ensaios de tração em malhas de aço utilizadas na estabilização de taludes não são

contemplados por normas específicas, conforme discutido no Capítulo 3. Porém, um método

para esse tipo de ensaio foi proposto por RODUNER (2011). O objetivo do autor foi

desenvolver um procedimento que fosse aplicável a qualquer tipo de malha metálica utilizada

como sistema flexível de estabilização de taludes, como por exemplo para proteção superficial

e retenção de materiais provenientes de alavanches, debris flow e quedas de rochas. Segundo

RODUNER (2011) a padronização do experimento possibilita a comparação do desempenho

de diferentes tipos de malhas sob tração. Neste trabalho, buscou-se reproduzir o procedimento

proposto pelo autor, de modo que os resultados possam ser comparados aos de outros ensaios

verificados na literatura que seguiram ou orientaram o trabalho de RODUNER (2011).

O objetivo do ensaio de tração é, principalmente, determinar a resistência à tração do

material, ou seja, a força por unidade de comprimento necessária para que ocorra a ruptura da

tela em condições de contorno predefinidas, determinando assim, o comportamento “Tensão x

Deformação” da mesma. Desse modo, um dos resultados dos ensaios é a resistência máxima à

tração e esse valor é usado para especificação do material.

Ensaios de tração em malhas de aço já foram realizados em países como Alemanha, Suíça,

Espanha e Estados Unidos. No Brasil, o IME é pioneiro na execução desses ensaios e o presente

trabalho apresenta ainda um diferencial em relação aos demais. Além da aquisição de sinais

através do próprio equipamento de ensaios, extensômetros elétricos de resistência e

extensômetros ópticos foram aplicados nos fios de aço, com o propósito de caracterizar o

comportamento até a ruptura do material.

Mais detalhes sobre o método de ensaio, amostras ensaiadas, instrumentação aplicada e a

descrição dos equipamentos utilizados no presente trabalho, serão descritos no decorrer deste

capítulo e nos anexos.

63

4.2 DESCRIÇÃO DAS AMOSTRAS

De acordo com o método proposto por RODUNER (2011), as amostras das telas devem

ser confeccionadas considerando as dimensões individuais de um orifício da malha,

denominado abertura da malha. Deve-se respeitar um equilíbrio que visa minimizar os efeitos

das variações, onde a amostra não seja tão pequena a ponto de ser influenciada pelo efeito de

escala, e nem tão grande a ponto de conduzir a ensaios pouco práticos. Na TAB. 4.1 apresenta-

se a dimensão da amostra de acordo com a largura da abertura da malha, segundo proposto por

RODUNER (2011).

TAB. 4.1 Dimensionamento das amostras. Largura da abertura da malha (Lm) (Ver

FIG. 4.1) Largura da amostra

(La) Altura da amostra

(Ha) ≤ 50 mm ≥ 0,50 m = La +/- 10%

50 mm ≤ Lm ≤ 150 mm ≥ 1,00 m = La +/- 10% 150 mm < Lm ≤ 300 mm ≥ 2,00 m = La +/- 10%

> 300 mm ≥ 3,00 m = La +/- 10% Fonte: Adaptado de RODUNER (2011).

Define-se como largura da abertura, a distância entre dois nós da malha no sentido

perpendicular àquele da instalação da tela no talude (horizontal). O comprimento da abertura

será então, a distância entre dois pontos de interseção das dobras (nós) no mesmo sentido

(longitudinal) de instalação da malha (RODUNER, 2011). A FIG. 4.1 ilustra o conceito

explicitado.

FIG. 4.1 Exemplos de configurações para malha de aço (A) Malha com abertura horizontal de

83 mm (B) Malha com abertura horizontal de 80 mm. Fonte: RODUNER (2011).

64

A empresa Suíça Geobrugg, que fabrica e fornece malhas de aço para estabilização de

taludes, disponibilizou trinta amostras de malhas do sistema de estabilização de taludes

TECCO® G65 para realização dos ensaios de tração propostos no presente trabalho. As

amostras apresentavam fios de aço em três diâmetros distintos, conforme apresentado na TAB.

4.2. A tabela também especifica a forma que essas amostras serão denominadas no trabalho, o

nome comercial dos produtos e as quantidades de espécimes de cada diâmetro.

TAB. 4.2 Descrição das amostras. Nome das Amostras

Nome Comercial do Produto

Diâmetro do fio (mm) Quantidade (un)

Amostras de 2 mm TECCO G65/2 2 10 Amostras de 3 mm TECCO G65/3 3 10 Amostras de 4 mm TECCO G65/4 4 10

A FIG. 4.2 ilustra duas das amostras recebidas para os ensaios.

FIG. 4.2 Amostras ensaiadas (A) 3 mm de diâmetro (B) 2 mm de diâmetro.

Com o propósito de facilitar a apresentação dos resultados, os ensaios foram separados em

dois grupos, com e sem instrumentação direta na amostra da malha. Em um primeiro momento

ficou determinado que os ensaios seguiriam a distribuição apresentada na TAB. 4.3.

TAB. 4.3 Primeiro programa de ensaios.

Tipo do Ensaio Amostras de 2 mm

Amostras de 3 mm

Amostras de 4 mm

Ensaios com instrumentação na amostra 5 5 5 Ensaios sem instrumentação na amostra 5 5 5

TOTAL 10 10 10

65

No entanto, como será detalhado adiante, no primeiro ensaio realizado com a malha de aço

de 4 mm, o cabo de aço que sustenta a barra que aplica o esforço de tração nas amostras,

rompeu. Sendo assim, a realização dos ensaios com as Amostras de 4 mm foi suspensa. O

programa de ensaios final foi redefinido e é apresentado na TAB. 4.4.

Destaca-se ainda que foi necessária a execução de ensaios teste. O primeiro, realizado com

uma amostra de 3 mm foi realizado para ambientação com o equipamento e também para

validar a utilização de extensômetros como instrumentação direta na tela. O segundo ensaio

teste, efetuado com uma amostra de 2 mm, foi realizado em outro momento, após o retorno da

prensa da manutenção, com o propósito de verificar o funcionamento do equipamento.

Aproveitou-se para instrumentar a amostra com um extensômetro.

TAB. 4.4 Ensaios executados. Tipo do Ensaio Amostras de 2 mm Amostras de 3 mm

Ensaios Teste 1 1 Ensaios com instrumentação na amostra 3 3 Ensaios sem instrumentação na amostra 5 5

TOTAL 9 9

Foram realizados 18 ensaios no total, sendo que em 6 desses a amostra foi instrumentada

com extensômetros elétricos de resistência. Em 2 ensaios entre esses 6, também foram

instrumentadas com extensômetros ópticos. O objetivo desse procedimento foi determinar a

distribuição da deformação dos fios de aço individualmente enquanto submetido ao esforço de

tração até a ruptura. A instrumentação utilizada será detalhada no decorrer deste capítulo.

4.2.1 CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DA AMOSTRA

Como foi descrito no Capítulo 3, as malhas utilizadas para estabilização de taludes podem

ser de dois tipos:

• Malhas de dupla torção;

• Malhas de simples torção;

A malha utilizada neste trabalho é classificada como malha de simples torção, com

geometria romboédrica (FRESNO, 2000). As características geométricas das amostras de 2 mm

e 3 mm são ilustradas nas FIG. 4.3 e FIG. 4.4, respectivamente.

66

FIG. 4.3 Características geométricas da amostra de 2 mm.

Fonte: Adaptado de GEOBRUGG (2013a).

FIG. 4.4 Características geométricas da amostra de 3 mm.

Fonte: Adaptado de GEOBRUGG (2013b).

Segundo orientação de RODUNER (2011), exposta na TAB. 4.1, a amostra referente a uma

malha com abertura horizontal de 83 mm, deveria ter largura mínima de 1 m, sendo a altura da

67

amostra igual a esse valor, admitindo-se uma variação do valor em 10% para mais ou para

menos.

O equipamento utilizado será detalhado neste capítulo, mas pode-se adiantar que foi

formulado a partir da adaptação e reforma de uma prensa já existente no Laboratório de

Materiais de Construção e Concreto do IME. Dessa maneira, as dimensões da amostra foram

limitadas pelas características do equipamento existente.

A fim de se manter a relação entre dimensões proposta por RODUNER (2011), com a

altura variando em até 10% da largura da amostra, considerou-se o valor de 0,66m para a largura

do espécime utilizado. De acordo com as características de fabricação das malhas TECCO®

G65, as dimensões finais das amostras ensaiadas foram 0,664m de largura e 0,572m de altura,

sendo oito aberturas no sentido transversal e quatro no sentido longitudinal, conforme

representado nas figuras FIG. 4.3 e FIG. 4.4.

4.2.2 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO FIO DE AÇO DA AMOSTRA

Ensaios de tração direta no fio de aço de 3 mm de diâmetro foram realizadas por FRESNO

(2000) e CALA et al. (2012), e são apresentados na TAB. 4.5.

TAB. 4.5 Resistência à tração do fio da amostra de 3 mm de diâmetro. Comprimento das

Amostras Carga de Ruptura (N) Resistência à tração (kN/mm²)

300 mm 13.641,0 1.929,8 13.852,0 1.959,7

Valor Médio 13.746,5 1.945,0

100 mm 13.150,0 1.814,0 12.920,0 1.770,0

Valor Médio 13.035,0 1.792,0 Fonte: FRESNO (2000) e CALA et al. (2012).

Os ensaios validam o valor especificado pelo fabricante da malha, que afirma que a

resistência à tração do fio de aço é 1770 N/mm² (GEOBRUGG, 2013a).

FRESNO (2000) calculou ainda o Módulo de Elasticidade do fio de aço (EA), obtendo os

resultados apresentados na TAB. 4.6.

68

TAB. 4.6 Módulo de Elasticidade do fio de aço. Ensaio Módulo de Elasticidade (EA) (N/mm²)

Amostra 1 (ɸ = 3 mm) 196.144,0 Amostra 2 (ɸ = 3 mm) 195.878,0

Média 196.011,0 Fonte: FRESNO (2000).

Segundo CALA et al. (2012) a deformação do fio de aço até a ruptura, medida em uma

amostra de 100 mm de comprimento e 3 mm de diâmetro, pode atingir valores entre 2,0 e 2,5%.

As características mecânicas dos fios de aço que constituem cada amostra são descritas na

TAB. 4.7, onde também é apresentada a especificação dos arames para confecção de gabiões

segundo a NBR 8964 (ABNT, 2013a).

TAB. 4.7 Características Mecânicas dos Fios de Aço das Malhas.

Fios de aço das malhas ensaiadas NBR 8964 (ABNT, 2013a) Diâmetro do fio de aço 2 mm e 3 mm 2 a 4,4 mm

Resistência à Tração Nominal 1770 N/mm2 380 a 500 N/mm2

Alongamento 2 a 2,5% (para amostra de 100mm de comprimento)

13% (para amostra de 300mm de comprimento)

Material Aço-carbono de alta resistência Arame de aço de baixo teor de carbono zincado


Conforme descrito anteriormente, é comum a utilização da NBR 8964 (ABNT, 2013a) na

especificação de arames para confecção de malhas hexagonais de dupla torção que são

empregadas na estabilização de taludes. Porém, conforme pode ser verificado, as características

mecânicas do fio de aço da malha de aço de alta resistência e do arame para confecção de

gabiões são bem distintas, assim como o modo de funcionamento desses materiais. Desse modo,

pode-se perceber que a norma não é indicada para as malhas de alta resistência.

Em relação as malhas hexagonais de dupla torção utilizadas na estabilização passiva de

taludes, pode-se dizer que apesar de serem, normalmente, similares às utilizadas em gabiões, e

em alguns casos até as mesmas, a função e o modo de funcionamento são diferentes. Além

disso, em taludes, essas malhas são aplicadas juntamente à cabos de aço. Pode-se afirmar assim,

que existe a necessidade da criação de uma norma técnica que contemple especificações das

características mecânicas das malhas de aço para soluções geotécnicas conforme sua utilização.

O fio de aço de alta resistência, que compõe as telas ensaiadas neste trabalho, é tratado com

69

uma mistura de 95% de zinco e 5% de alumínio. Esse tratamento visa aumentar a vida útil do

fio, tendo em vista que as malhas ficam expostas às influências ambientais quando instaladas

em taludes (GEOBRUGG, 2014a).

FRESNO (2000) caracterizou o fio de aço das malhas TECCO® e concluiu que o Módulo

de Elasticidade (Módulo de Young) do fio de aço (EA) é aproximadamente 197 GPa.

No ANEXO 1 é apresentado os dados do fabricante (Data Sheet) para cada uma das malhas

ensaiadas.

4.3 DESCRIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS

4.3.1 PRENSA UNIVERSAL DE 25 tf

Para execução do ensaio proposto foi realizada a adaptação da Prensa Universal, utilizada

para execução de ensaios de tração ou compressão, com capacidade máxima de carregamento

de 25 tf pertencente ao Laboratório de Materiais de Construção e Concreto do IME. A prensa

estava fora de operação necessitando de reparos. Desta forma, o equipamento foi totalmente

recondicionado e adaptado para a realização dos ensaios deste trabalho. A fotografia da prensa

após a manutenção é apresentada na FIG. 4.5.

FIG. 4.5 Prensa Universal de 25tf.

70

Os seguintes componentes foram inseridos no equipamento após a reforma realizada pela

empresa de engenharia Martins Campelo:

• Unidade servo controlada (motor) com acionamento eletromecânico servo

assistido, automatizada e customizada para a Prensa Universal de 25 tf;

• Painel com disjuntor e entradas para transdutores de deslocamento linear (FIG.

4.6A);

• Painel eletroeletrônico para controle manual da prensa e trava de segurança (FIG.

4.6B);

• Hardware que permite o controle e monitoramento da velocidade e do

deslocamento linear vertical através de resolver de alta resolução;

• Circuito de interface de comunicação para controle remoto de longa distância

através de comunicação em rede local sem fio (wireless);

• Célula de carga universal com adaptador para ensaios de tração e compressão com

capacidade de até 25 tf.

FIG. 4.6 Adaptações na prensa (A) Disjuntor e entradas para transdutores (B) Trava de

segurança e botão de regulagem de movimento.

A caixa de marcha já existente na prensa foi reformada. A função do dispositivo é controlar

e estabelecer a velocidade de deslocamento da prensa. Quando a marcha é colocada na posição

“H” a velocidade da prensa é maior. Essa é a posição adequada para ajustes manuais. A posição

“N” é neutra e a “L” é a posição da marcha que deve ser acionada para execução dos ensaios,

pois a mesma permite menores deslocamentos a baixa velocidade. A FIG. 4.7 ilustra a marcha

e seu posicionamento no equipamento de tração.

71

FIG. 4.7 Marcha do equipamento (A) Posições da marcha (B) Marcha acoplada na prensa.

Outro elemento que foi restaurado é o delimitador de curso da prensa, cuja função é

restringir o deslocamento da trave móvel do equipamento, garantindo que a mesma não se

choque com as estruturas superiores e inferiores da prensa. O curso tem amplitude de 62cm,

como é indicado pela FIG. 4.8.

FIG. 4.8 Delimitador de curso.

Além dos dispositivos instalados no equipamento foi necessário o desenvolvimento de um

software para operação do mesmo. O programa foi denominado Software Prensa Universal e

permite o controle e monitoramento dos ensaios com carregamento e descarregamento

progressivo automático, assim como o controle da velocidade do deslocamento vertical. Ambos

programáveis em rampas e patamares, definidos por roteiros de ensaio (scripts).

72

Os dispositivos citados acima são detalhados no ANEXO 2 do presente trabalho e a

descrição completa sobre a utilização do software da prensa é apresentada no ANEXO 3.

A FIG. 4.9 ilustra uma das etapas do processo de montagem da prensa.

FIG. 4.9 Montagem da prensa (A) Perspectiva frontal (B) Perspectiva posterior.

4.3.2 MOLDURA DO ENSAIO

As telas foram fixadas em uma moldura projetada e confeccionada especialmente para os

ensaios de tração realizados na Prensa de 25tf do IME, de forma a se encaixar na prensa e

garantir a distribuição uniforme da carga aplicada pela mesma. O projeto da moldura utilizada

nos ensaios é apresentado na FIG. 4.10, e também foi planejado e executado pela empresa de

engenharia Martins Campelo, paralelamente às adaptações da prensa.

As características físicas do aparato são descritas na TAB. 4.8.

TAB. 4.8 Características físicas da moldura.

Peso 217 kg

Dimensões Altura 1457 mm Largura 1300 mm Profundidade 300 mm

Dimensões máximas da amostra Altura 1150 mm Largura 760 mm

73

FIG. 4.10 Projeto da moldura.

O dispositivo é constituído pelos seguintes elementos:

• Barra (trave) rígida de tração sustentada por cabos de aço;

• Base e colunas laterais fixas com estrutura de contraventamento (sistema de reação

cruzado);

• Acoplador giratório para conexão do sistema de tração à célula de carga (FIG.

4.11C);

• Garras ajustáveis para fixação lateral da malha;

• Garras para fixação superior e inferior da malha.

O processo de montagem da moldura na prensa é detalhado na FIG. 4.11.

O sistema de tração da moldura compreende a barra (trave) rígida de tração, os cabos de

aço, os dispositivos de fixação dos cabos e o acoplador giratório que conecta o aparato à célula

de carga da prensa. O projeto do sistema de tração é demonstrado na FIG. 4.12.

74

FIG. 4.11 Montagem da moldura na prensa (A) Fixação da barra inferior (B) Disposição das

garras inferiores (C) Fixação do cabo de aço no acoplador (D) Moldura montada.

FIG. 4.12 Projeto do sistema de tração da moldura.

75

A barra rígida que aplica o esforço de tração na amostra tem liberdade de movimento em

todas as direções, inclusive de rotação. E é através dessa barra rígida que o esforço de tração é

transmitido, uniformemente, para amostra conectada na moldura.

Os cabos de aço têm capacidade para sustentar 15tf cada, porém no sistema em questão, a

capacidade de carga é menor, já que estão angulados. Quando a prensa reformada foi entregue

para o IME, o sistema de tração era composto por apenas um cabo de aço, preso diretamente ao

acoplador giratório e essa foi a configuração no início do programa de ensaios, quando foram

ensaiadas 5 amostras de 2 mm e 5 amostras de 3 mm. Naquele momento ainda se considerava

o programa de ensaios descrito na TAB. 4.3. Sendo assim, as próximas amostras ensaiadas

seriam as com fio de aço de 4 mm de diâmetro.

O ensaio com a amostra de 4 mm foi realizado e no final do mesmo, a tela manteve-se

íntegra e o cabo de aço do equipamento havia rompido, conforme ilustrado na FIG. 4.13.

FIG. 4.13 Cabo de aço rompido (A) Cabo de aço rompido com amostra intacta (B) Detalhe

do cabo de aço rompido.

A moldura foi enviada para manutenção e houve a alteração em seu projeto, que incorporou

dois cabos de aço e um sistema de roldanas para fixação do mesmo no acoplador giratório.

Pode-se comparar o projeto inicial e o final na FIG. 4.14.

76

FIG. 4.14 Configurações da moldura (A) Configuração inicial com um cabo de aço (B)

Configuração final com dois cabos de aço.

A estrutura da moldura é composta pela base, pelas colunas laterais e por uma estrutura de

contraventamento, conforme demonstrado no desenho esquemático da FIG. 4.10.

O contraventamento é afastado em 100mm da amostra e tem a finalidade de evitar o

deslocamento lateral das colunas quando as telas são submetidas aos esforços de tração.

A barra inferior é fixada junto à prensa por um conjunto de parafusos robustos que

garantem a fixação da barra principalmente quando os ensaios estão em andamento (FIG.

4.11A).

As garras de fixação das amostras podem ser divididas em dois tipos distintos:

• Garras de fixação superior e inferior, sendo 8 unidades em cada extremidade;

• Garras de fixação lateral, sendo 4 unidades em cada coluna lateral.

As garras de fixação nos bordos superior e inferior da moldura são responsáveis pelo

encaixe das amostras no sentido onde vai ocorrer o esforço de tração. Desse modo, é importante

que as mesmas sejam robustas, transmitindo o esforço de tração sem se deformar.

As garras inferiores encontram-se encaixadas na barra inferior do equipamento, e foram

inseridas no momento da montagem do equipamento (FIG. 4.11B). Essas garras podem

movimentar-se horizontalmente, porém não podem ser retiradas sem a desmontagem do

equipamento.

Fixadas na barra de tração, as garras superiores podem se movimentar livremente no

sentido horizontal.

77

As garras de fixação lateral têm função de prender a amostra nas colunas laterais. Os

ensaios podem ser executados utilizando ou não essas garras. Ou seja, pode-se optar por não

travar as amostras lateralmente, o que não é o caso dos ensaios executados nesta pesquisa, onde

todas as amostras foram fixadas nas quatro extremidades da moldura.

As garras laterais têm movimento vertical livre no encaixe com as colunas verticais e

também livre movimento de rotação em torno do seu eixo. O atrito entre as garras e as colunas

verticais deve ser o mínimo possível, de forma a não oferecer resistência ao material que será

tracionado.

As garras de fixação lateral podem ser reguladas conforme o tamanho da amostra,

ajustando-se à montagem e se adaptando a amostras com larguras variáveis entre 680mm e 760

mm. Na FIG. 4.15A verifica-se a garra de fixação com ajuste diferente do apresentado na FIG.

4.15C.

FIG. 4.15 Garras de fixação lateral (A) Modelo sem a peça de adaptação para espessura da

amostra (B) Peça de adaptação para espessura da amostra (C) Modelo sem a peça de adaptação para espessura da amostra.

Assim como os cabos de aço, o projeto das garras de fixação foi revisado à medida que os

ensaios foram executados. Essas adequações eram previstas, tendo em vista que a moldura foi

especialmente projetada para os ensaios, que até então não haviam sido realizados. Sendo assim,

ao passo que foi adquirida uma experiência em relação ao processo, as necessidades de

melhorias foram percebidas e solicitadas à empresa de engenharia.

No caso das garras, a alteração ocorreu pelos seguintes motivos:

• O parafuso da garra de fixação superior se deformou em conjunto com a tela (FIG.

78

4.16). No entanto, todo o sistema da moldura precisa ser rígido, de forma que os

dados de deformação e deslocamento observados se referiram exclusivamente ao

comportamento da amostra.

• Tanto as garras superiores e inferiores quanto as laterais não permitiam a correta

fixação das telas dado o pequeno comprimento dos parafusos (FIG. 4.17).

FIG. 4.16 Parafuso Deformado (A) Perspectiva superior (B) Perspectiva lateral.

FIG. 4.17 Encaixe das garras subdimensionado para a espessura da amostra.

Com base nos problemas citados, foram confeccionadas novas peças para as garras

superiores e inferiores, com parafuso e porca mais compridas e de maior diâmetro,

possibilitando que as telas fossem fixadas sem serem pressionadas. A comparação entre as

garras do projeto inicial e final é demonstrada na FIG 4.18.

79

FIG. 4.18 Garras superiores e inferiores (A) Perspectiva frontal da versão inicial da peça

(B) Perspectiva lateral da versão inicial da peça (C) Perspectiva frontal da versão final da peça (D) Perspectiva lateral da versão final da peça.

Não foi necessária a confecção de novas garras de fixação lateral, sendo que uma adaptação

(FIG. 4.15B) a ser encaixada no parafuso da garra existente solucionou a questão da regulagem

e espessura da amostra, conforme pode ser verificado na FIG 4.15C.

O projeto da moldura e demais fotografias do aparato estão no ANEXO 4.

4.4 MEDIÇÕES DE DESLOCAMENTO E DEFORMAÇÃO

O propósito da instrumentação das amostras é a verificação do comportamento do material

até a ruptura através de medições de carga, deslocamento e deformação local.

É possível também a aferição dos deslocamentos fornecidos pelo resolver do servo-

acionamento da prensa, comparando os dados aquisitados no sistema do equipamento com os

dados fornecidos por transdutores de deslocamento linear, fixados nas colunas laterais.

O transdutor de deslocamento utilizado foi o flexímetro DTH-A-50 (FIG. 4.19), fabricado

pela Kyowa, com deslocamento nominal de 50mm.

80

FIG. 4.19 Flexímetro DTH-A-50.

Fonte: KYOWA (2015a)

A extensometria pode ser definida como o processo de mensurar as deformações

superficiais dos corpos onde os extensômetros foram fixados, através da variação de alguma

propriedade física do sensor (BALBINOT e BRUSAMARELLO, 2011), usualmente

denominado extensômetro.

No presente trabalho utilizou-se dois tipos de extensômetros:

• Extensômetros elétricos de resistência;

• Extensômetros de fibra óptica.

4.4.1 EXTENSÔMETROS ELÉTRICOS DE RESISTÊNCIA

Os extensômetros elétricos de resistência, também denominados strain gages são

dispositivos de medição de deformação amplamente utilizados desde a Segunda Guerra

Mundial (BALBINOT e BRUSAMARELLO, 2011). Seu princípio de medição se baseia na

variação da resistência elétrica de um condutor ou semi-condutor quando submetido a uma

tensão mecânica, relacionando essa variação com a deformação relativa da peça no regime

elástico (BALBINOT e BRUSAMARELLO, 2011).

Nos ensaios do presente trabalho, foram utilizados strain gages uniaxiais de uso geral do

fabricante Kyowa, conforme ilustrado na FIG. 4.20.

FIG. 4.20 Modelo de strain gage utilizado nos ensaios de tração (A) Strain gage e cabo

acoplado (B) Detalhe do strain gage.

81

Optou-se pela aquisição de strain gages já com cabo de 1m acoplado de fábrica, porém

também foram utilizados strain gages simples (sem cabo) para complementação dos ensaios.

Desconsiderando-se o cabo, ambos têm praticamente as mesmas características físicas,

conforme é descrito na TAB. 4.9.

TAB. 4.9 Especificação dos strain gages.

Modelo KFG-5-120-C1-11L1M2R KFG-5-120-C1-11 Gage Factor 2,10 ± 1,0% 2,09 ± 1,0% Gage Length 5 mm 5 mm Gage Width 1,4 mm 1,4 mm Base Length 9,4 mm 9,4 mm Base Width 2,8 mm 2,8 mm Resistência 120,4 ± 0,4 Ω 119,8 ± 0,2 Ω Comprimento do cabo 1m -

Mesmo sendo utilizados ao longo de décadas como mecanismo padrão para medir

fenômenos físicos e mecânicos, extensômetros elétricos de resistência tem limitações como a

perda de transmissão de sinal e suscetibilidade à interferência eletromagnética (ruído) que

tornam o seu uso complicado ou impraticável em muitas aplicações (NATIONAL

INSTRUMENTS, 2015), principalmente em monitoramentos de longo prazo. Uma solução para

atender alguns desses desafios é a utilização de extensômetros de fibra óptica, que serão

detalhados no próximo tópico.

4.4.2 EXTENSÔMETROS DE FIBRA ÓPTICA

O objetivo da aplicação dos extensômetros ópticos neste trabalho foi adquirir

conhecimento sobre esse tipo de instrumentação, assim como verificar seu desempenho nas

malhas de aço, e, desse modo, inferir se é possível ou não a utilização dessa técnica de

extensometria para um monitoramento a longo prazo em campo. A relevância da

instrumentação em campo é que ao monitorar a integridade da malha, é possível inferir sobre a

estabilidade do talude, admitindo-se que a principal razão de ruptura dessa estrutura de

estabilização seria a movimentação do talude.

Em anos recentes, vários pesquisadores têm utilizado tecnologias baseadas em sensores de

fibra óptica para diferentes medições de engenharia, especialmente no monitoramento de

estruturas. Por serem duráveis, estáveis e imunes as perturbações elétricas e eletromagnéticas,

82

os extensômetros ópticos são particularmente interessantes para o monitoramento da

integridade estrutural a longo prazo (INAUDI, 2003). São exemplos de princípios físicos de

tecnologia óptica aplicada para extensometria: redes de Bragg (Fiber Bragg Grating - FBG),

interferômetros Fabry-Perot, interferometria de baixa coerência e o espectro de Brillouin.

Numerosas aplicações utilizando sensores baseados em Redes de Bragg (FBG) vêm sendo

realizadas em geotecnia, com os mais diversos objetivos, como é citado a seguir:

• Sistema de alerta integrado à geotêxtil reforçado em ferrovia: BRIANÇON et al.

(2006);

• Monitoramentos de movimentos de massa: BRUNNER et al. (2007),

WOLSCHITZ E BRUNNER (2008), HO et al. (2006), MOORE et al. (2010) e

HUAFU et al. (2011).

• Monitoramento de diques: ARTIÈRES et al. (2010);

• Instrumentação de ensaio triaxial: LEE et al. (2011);

• Monitoramento de frente de umedecimento e análise da variação do grau de

saturação em solos arenosos: ROCHA (2011);

• Monitoramento de adensamento de aterros em solo compressível: MELLO (2013).

O princípio básico de funcionamento de um sensor baseado em redes de Bragg consiste no

monitoramento da variação do comprimento de onda da luz refletida, devida às alterações na

grandeza mensurada (KERSEY et al.,1997). A rede de Bragg opera, portanto, como um filtro

óptico reflexivo com altíssima seletividade espectral, refletindo um comprimento de onda de

uma banda larga luminosa. Segundo MELLO (2013) o comprimento de onda dos sensores FBG

estão situados na faixa do espectro do infravermelho e compreendidos entre 1510 nm e 1590

nm.

A FIG. 4.21 ilustra o princípio de operação de um sensor de rede de Bragg em uma fibra

ótica, destacando o comprimento de onda de Bragg (λB) refletido pelos anéis com periodicidade

espacial obtida pela modulação do índice de refração no núcleo da fibra (Λ).

O comprimento de onda (refletido) de Bragg (λB) está relacionado com a periodicidade

espacial das redes de anéis reflexivos Λ, e com o índice de refração efetivo do núcleo, nef ,

através da EQ. 4.1:

Λ= efB n2λ EQ. 4.1

83

A EQ. 4.1 é conhecida como Equação de Bragg e foi apresentada pela primeira vez por

Willian Henry Bragg e Willian Lawrence Bragg, ganhadores do prêmio Nobel de Física de

1915 pelos estudos de estruturas cristalinas utilizando difração de raios X (CARVALHO,

2010).

FIG. 4.21 Princípio de operação de um sensor de rede de Bragg em fibra óptica.

Fonte: Adaptado de YIN et al. (2008) apud GOMES (2011).

A FIG. 4.22 representa os efeitos de tração e compressão sobre uma rede de Bragg que

atua como sensor. É possível visualizar na figura o deslocamento no comprimento de onda de

Bragg quando a fibra esta é submetida à tração ou compressão.

FIG. 4.22 Esquema do deslocamento espectral de uma rede de Bragg submetida à tração e

compressão. Fonte: Adaptado de QUINTERO (2006).

84

Quando ocorre tração, uma variação positiva do comprimento de onda será obtida devido

ao aumento na periodicidade espacial dos anéis da rede de Bragg. Quando a rede é submetida

à compressão, a variação do comprimento de onda será negativa, em consequência da

diminuição no período de Bragg.

Quando a rede de Bragg sofre uma tensão mecânica, há também uma alteração do índice

de refração pelo efeito fotoelástico. Caso essa tensão mecânica ocorra a uma temperatura

constante, observa-se uma variação do comprimento de onda refletido devido à alteração da

periodicidade da rede e do índice de refração pelo efeito fotoelástico (HILL E MELTZ, 1997,

apud XU E BORANA, 2013), dado pela EQ. 4.2.

ελλ )1( eB p−=∆ EQ. 4.2

Na equação, pe representa a constante fotoelástica da fibra, cujo valor adotado neste

trabalho (para a fibra de silício) foi 0,22 (LEIDERMAN et al.,1999) e ε é a deformação

específica longitudinal.

O equipamento que processa o sinal óptico dos sensores, o interrogador óptico, identifica

o valor do comprimento de Bragg de um sensor no tempo (Δλ). O valor do comprimento de

onda (refletido) de Bragg (λB) é uma especificação de fábrica do sensor e o valor da constante

fotoelástica da fibra (pe), como foi descrito, é uma característica do material.

Para PACHECO (2007), a rede de Bragg tem uma resposta bastante linear em relação à

deformação aplicada, em contraste com muitos sensores elétricos, além disso, possuem outras

vantagens tais como a imunidade a interferência eletromagnética, baixo peso, estabilidade,

pequenas dimensões, facilidade de multiplexação, além de permitir leituras remotas, reduzindo

o custo de campanhas e a frequência de medições in situ em áreas de difícil acesso, evitando

perdas de material por furto ou vandalismo. HUAFU et al. (2011) destaca que as principais

vantagens dos sistemas FBG são a alta exatidão de medição, possibilidade de monitoramento

remoto e a confiabilidade. MOORE et al. (2010) cita que um dos ganhos com a utilização de

sensores de FBG é a alta resolução do sistema, capaz de medir deslocamentos menores que

1µm, e taxa de amostragem rápida (100 Hz ou superior). Como desvantagem, MOORE et al.

(2010) indicam o custo do sistema de instrumentação por fibra óptica e o elevado consumo de

energia do mesmo em relação à outras técnicas.

A utilização de extensômetros ópticos em medições de engenharia constituiu a quebra de

um paradigma, já que a sua capacidade de multiplexação, e a possibilidade de aplicação de

85

vários extensômetros de diferentes comprimentos de onda em um mesmo cabo permitem a

análise do comportamento de vários pontos das estruturas. Assim, em um único canal, podem-

se obter várias medições discretas que permitem inferir sobre o comportamento global da

estrutura. O mesmo não é possível com uso de extensômetros elétricos, que demandam um

canal para leitura de cada extensômetro, não permitindo a análise do comportamento distribuído

da estrutura, apenas de cada ponto onde o sensor foi instalado.

Entendido o princípio de funcionamento dos sensores ópticos, pode-se afirmar que à

medida que uma estrutura instrumentada com extensômetros FBG é tensionada, é possível se

estimar a forma que a mesma adquire quando sofre deformação. Essa técnica é conhecida por

FBG 3D Shape Sensing e tem um amplo campo de aplicações, como na medicina, onde pode

ser utilizada em procedimentos como o cateterismo para o posicionamento do cateter no

organismo (DUNCAN E RAUM, 2006). As principais aplicações se dão no campo da

engenharia como, por exemplo, o monitoramento da forma e da força aplicada pelo vento nas

turbinas de geração de energia eólica, o monitoramento em tempo real da deformação das asas

dos aviões, garantindo maior segurança nos voos (LALLY et al., 2012).

4.5 PROCEDIMENTO DOS ENSAIOS

Para facilitar a apresentação dos resultados, os ensaios de tração foram classificados em

dois grupos:

• Ensaios sem instrumentação direta na amostra;

• Ensaios com instrumentação direta na amostra.

Em todos os ensaios o deslocamento linear das barras rígidas foi monitorado com o uso de

flexímetros.

Dois ensaios teste foram realizados com o objetivo de verificar o funcionamento do

equipamento. O primeiro antes do início da execução do programa de ensaios, e o segundo após

o retorno da prensa da manutenção.

Assim como a instrumentação com os flexímetros, o procedimento para aplicação da tração

é comum a todos os ensaios realizados. Desse modo, serão descritos primeiramente os

procedimentos comuns aos dois tipos de ensaios, e em seguida o método para instalação dos

extensômetros nas amostras, que foi realizado em 6 dos 18 ensaios desta pesquisa.

86

4.5.1 PROCEDIMENTO PARA ENSAIO DE TRAÇÃO

Seguindo o método proposto por RODUNER (2011), primeiramente a amostra foi fixada

nas quatro extremidades da moldura. A fixação lateral da amostra mantém o perfil da malha na

direção transversal, assegurando assim a distribuição uniforme da carga aplicada pela barra

móvel de tração.

Conforme ilustrado na FIG. 4.23, a carga foi aplicada no sentido longitudinal da malha.

De forma a permitir o deslocamento longitudinal contínuo da amostra nas colunas laterais,

o atrito entre as garras de fixação e essas colunas deve ser o menor possível. As garras de

fixação também devem rotacionar livremente em torno do eixo ortogonal ao plano da malha,

possibilitando a acomodação da tela na moldura.

FIG. 4.23 Representação do ensaio de tração.

Fonte: Adaptado de RODUNER (2011).

Após a fixação da amostra na moldura, configurou-se o roteiro de ensaio (script) no

software da prensa. O detalhamento da configuração do script é apresentado no ANEXO 3.

O roteiro de ensaio contempla as seguintes etapas:

• Pré-carregamento: carregou-se a amostra até uma carga de 4kN permitindo que os

fios se acomodem e esticando a tela.

87

• Carregamento: após o pré-carregamento a prensa inicia automaticamente a fase de

carregamento, conforme a configuração do script. Nessa etapa uma carga P foi

aplicada a uma taxa uniforme de deslocamento de 15 mm/minuto até que a primeira

ruptura de um fio metálico ou qualquer outro dano ao sistema ocorresse, momento

em que o ensaio era paralisado.

No roteiro proposto por RODUNER (2011), o carregamento deveria ocorrer a uma taxa

uniforme de deslocamento entre 80 a 90 mm/minuto. Porém, o motor da prensa não é capaz de

aplicar cargas elevadas a altas taxas de deslocamento, desarmando-se quando é aplicada a taxa

proposta pelo autor. Segundo as especificações da equipe que reformou a prensa, a maior taxa

possível para os níveis de carga aplicados no ensaio, para que o mesmo fosse executado sem

riscos de desarmar o equipamento era de 15 mm/minuto. Dessa maneira, foi questionado à

equipe técnica da Geobrugg na Suíça sobre a relevância desse fator no resultado dos ensaios.

Recebeu-se a resposta que a redução da taxa não afetaria significantemente os resultados. Sendo

assim, padronizou-se a taxa de deslocamento na etapa de carregamento em 15 mm/minuto.

De acordo com RODUNER (2011), com vistas à obtenção de uma boa reprodutibilidade

nos ensaios, as seguintes condições de contorno sempre devem ser consideradas:

• Carga aplicada de forma mais homogênea possível;

• Não deve haver concentração de tensões;

• A amostra deve ser fixada lateralmente, do contrário pode ocorrer contração da

mesma, o que causa uma distribuição não linear de tensões;

• As garras de fixação lateral devem se mover com menor atrito possível,

possibilitando uma distribuição adequada da carga na tela;

• A forma das malhas deve se manter praticamente constante durante o ensaio;

Ao final de cada ensaio, o software da prensa emite relatórios com dados sobre a carga de

ruptura, a variação da carga no tempo, o deslocamento final da prensa, a variação de carga

relacionada à variação do deslocamento. Além do relatório gerado, o software permite a

exportação dos dados como planilha de texto. O tratamento e apresentação dos dados se deu

tanto pelo software Excel® quanto pelo software MATLAB®.

4.5.2 INSTALAÇÃO E AQUISIÇÃO DE SINAIS DOS FLEXÍMETROS

É possível obter dados de deslocamento pelo sistema da prensa. Porém, essa medição não

é direta como em transdutores de deslocamento linear. Os valores do deslocamento são

88

fornecidos através do resolver do servo-acionamento, que possui uma resolução de 24 bits. Ou

seja, o sistema coleta a informação do ângulo de giro do servo-motor e o multiplica pelo valor

da redução mecânica. A precisão do deslocamento é de 0,01 mm, definida pelo fabricante. No

entanto, o deslocamento em questão é referente à movimentação da barra central da prensa,

limitado pelo cursor ilustrado na FIG. 4.8. Abaixo desse aparato tem-se todo o sistema de tração

da prensa, que inclui os cabos de aço. Como esses cabos de aço podem sofrer relaxação à

medida que é aplicado o esforço de tração, entendeu-se em um primeiro momento que havia

necessidade do monitoramento do deslocamento diretamente na barra de tração. Dessa forma,

foram instalados dois transdutores de deslocamento nas laterais da moldura. Esse processo

ocorreu em todos os 18 ensaios realizados.

O procedimento consistiu na fixação de dois flexímetros nas colunas laterais da moldura

com a haste posicionada abaixo da barra móvel de tração (FIG. 4.24). Desse modo, à medida

que a barra era suspensa durante o ensaio, a haste do aparato se deslocava, registrando o

movimento da barra. A fixação dos transdutores na prensa foi feita por bases magnéticas.

FIG. 4.24 Instalação do flexímetro

Os cabos dos flexímetros foram conectados ao equipamento de aquisição de sinais

ADS2002 da Lynx (FIG. 4.25) e os dados processados pelo programa Lynx AqDados.

Posteriormente foi feito o tratamento desses dados, comparando-os com os valores de

deslocamento fornecidos pela prensa.

89

FIG. 4.25 Equipamento de aquisição de sinais ADS2002 de fabricação Lynx.

A FIG. 4.26 ilustra o detalhe da haste do flexímetro durante um ensaio. Foi inserida uma

caneta como escala na imagem.

FIG. 4.26 Haste do flexímetro durante ensaio em andamento.

4.5.3 INSTALAÇÃO E AQUISIÇÃO DE SINAIS DE EXTENSOMETRIA

O material disponibilizado para os ensaios com instrumentação direta nas amostras é

listado a seguir:

• 70 strain gages com cabo de 1m;

• 16 strain gages sem cabo;

• 2 arrays (fio de fibra óptica com sensores de FBG distribuídos em seu

comprimento), cada um com 5 sensores FBG;

Desses strain gages, 5 foram utilizados no ensaio teste, que foi o primeiro ensaio realizado.

O propósito era a ambientação com o equipamento e a análise preliminar do comportamento da

tela e da instrumentação para posterior definição da configuração final da colagem dos

extensômetros nas amostras dos futuros ensaios.

90

Apesar do primeiro ensaio ter sido instrumentado com extensômetros, definiu-se que os

demais ensaios com essa instrumentação só seriam realizados após os demais procedimentos.

Nesse momento, com maior conhecimento sobre o comportamento do material, seria possível

definir a melhor distribuição para colagem dos sensores.

Após realizados os ensaios sem a instrumentação, concluiu-se que não existia padrão na

região de ruptura das amostras, exceto que a maior parte das rupturas ocorriam na metade

superior das amostras, indiferente à posição nessa região. Sendo assim, ficou definido que

seriam utilizadas as malhas de 3 mm para os primeiros ensaios instrumentados, já que essas são

as mais utilizadas na estabilização de taludes. Foram instrumentados 16 strain gages em cada

amostra, distribuídos simetricamente em relação à direção vertical da amostra, conforme

configuração ilustrada na FIG. 4.27.

FIG. 4.27 Configuração da instalação com 16 strain gages.

É importante destacar que a escolha pela instalação de um número maior de sensores na

parte superior da amostra se deu pela razão que é a região mais próxima das garras onde o

esforço de tração é aplicado diretamente, e também, como já foi mencionado, pelo fato da maior

parte das rupturas ocorrem na metade superior das amostras.

O plano de ensaios instrumentados com extensômetros segue a descrição da TAB. 4.10.

91

TAB. 4.10 Distribuição da instrumentação por ensaio. Tipo de amostra 2 mm 3 mm Instrumentação Ensaio 6 Ensaio 7 Ensaio 8 Ensaio 6 Ensaio 7 Ensaio 8 Strain Gage (un) 08 08 16 16 16 16

FBG (array) - - 1 - - 1

Contemplou-se um maior número de strain gages nas amostras de 3 mm, porém uma das

amostras de 2 mm também foi ensaiada com 16 strain gages para que pelo menos uma amostra

desse tipo fosse ensaiada com maior densidade de instrumentação.

Para a definição do número de ensaios a serem realizados com amostras de cada diâmetro

diferente, além dos fatores já mencionados, também se considerou a sugestão de FRESNO

(2000), que define que o número mínimo de amostras para cada tipo de ensaio seja igual a três

(n=3). Outros fatores relevantes na decisão foram a limitação de tempo para realização dos

ensaios e de equipamentos disponíveis.

A distribuição dos strain gages nas amostras de 2 mm onde foram instalados 8

extensômetros é ilustrada na FIG. 4.28. É importante destacar ainda que a escolha do

posicionamento dos strain gages, visou repetir as posições já contempladas na configuração

com 16 extensômetros.

FIG. 4.28 Configuração da instalação com 8 strain gages.

92

A FIG. 4.29 ilustra um strain gage fixado na amostra. O procedimento de colagem é

detalhado no ANEXO 5.

FIG. 4.29 Strain gage fixado no fio da amostra.

Após a colagem, os fios dos extensômetros foram conectados a adaptadores ligados ao

equipamento de aquisição de sinais ADS2002 da Lynx e os dados processados pelo programa

Lynx AqDados, assim como nos flexímetros. A FIG. 4.30 ilustra a conexão dos cabos para

aquisição dos sinais.

FIG. 4.30 Conexões para aquisição de sinais (A) Configuração na moldura (B) Configuração

no equipamento de aquisição de sinais.

Em relação à instalação dos sensores FBG, é importante destacar que, conforme

mencionado anteriormente, o objetivo da aplicação dos extensômetros ópticos no trabalho não

é caracterização do comportamento pré-ruptura do material ensaiado, como é o caso dos strain

gages. Os dados obtidos através dos sensores de FBG serão apenas correlacionados com dados

dos extensômetros elétricos de resistência. O propósito dessa correlação é avaliar aplicabilidade

93

do dispositivo óptico no monitoramento da integridade estrutural das malhas de aço. Sendo

assim, foi necessário que os sensores de FBG fossem instalados em fios já instrumentados por

strain gages, em pontos diametralmente opostos, conforme ilustrado na FIG. 4.31.

FIG. 4.31 Fio de aço da amostra instrumentado com strain gage e FBG.

O detalhe da colagem do sensor de FBG no fio de aço da amostra é apresentado na FIG.

4.32.

FIG. 4.32 FBG fixado no fio de aço da amostra.

94

Cada array com 5 sensores foi aplicado em um ensaio diferente, um em uma amostra de 3

mm e o outro em uma amostra de 2 mm. A distribuição desses sensores é demonstrada na FIG.

4.33. Detalhes sobre a colagem dos sensores FBG nas amostras podem ser obtidos no ANEXO

5.

FIG. 4.33 Configuração da instalação com 16 strain gages e 5 FBG.

Finalmente, a fibra óptica com os sensores FBG foi conectada a um dos canais do

interrogador óptico sm230-800 do fabricante Micron Optics (FIG. 4.34), possibilitando a

aquisição e gravação dos sinais dos experimentos.

FIG. 4.34 Interrogador óptico sm230-800 da Micron Optics.

95

A FIG. 4.35 ilustra a montagem do ensaio de tração que contempla todos os procedimentos.

FIG. 4.35 Montagem do ensaio de tração.

A FIG. 4.36 apresenta a amostra instrumentada com os extensômetros elétricos e ópticos,

além dos flexímetros.

FIG. 4.36 Amostra instrumentada com extensômetros.

96

5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

5.1 INTRODUÇÃO

Conforme descrito no capítulo anterior, foram realizados ensaios de tração em malhas de

aço TECCO® G65 que são aplicadas como elementos de estabilização de taludes. Ao todo,

dezoito ensaios foram realizados em amostras com fios de aço de diâmetro de 2 e 3 mm. Em

seis desses ensaios foram instalados strain gages, visando obter a deformação em pontos pré-

determinados no fio de aço da amostra. Para facilitar a apresentação dos resultados, os ensaios

realizados sem essa instrumentação são denominados Tipo I, e aqueles onde foram instalados

os extensômetros, Tipo II. Os resultados dos ensaios teste, realizados para verificação do

equipamento e materiais, são classificados como Tipo III, porém não serão apresentados

gráficos individuais dos ensaios teste, pois os mesmos serviram apenas para conhecimento do

processo. É importante destacar que em todos os experimentos foram instalados dois

flexímetros nas colunas laterais do equipamento para monitoramento do deslocamento da trave

rígida que aplica o esforço de tração na amostra.

A nomenclatura dos ensaios é apresentada na TAB. 5.1. Como exemplo, o segundo ensaio

realizado com uma amostra com fio de aço de 3 mm de diâmetro e sem instrumentação direta

na tela será denominado “Ensaio 2 – 3 mm – Tipo I”.

TAB. 5.1 Nomenclatura dos ensaios realizados.

Tipo de Ensaio Descrição Nome do Ensaio

2 mm 3 mm

Tipo I Ensaios simples, sem instrumentação direta na amostra

Ensaio 1 Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 2 Ensaio 3 Ensaio 3 Ensaio 4 Ensaio 4 Ensaio 5 Ensaio 5

Tipo II Ensaios com instrumentação direta na amostra Ensaio 6 Ensaio 6 Ensaio 7 Ensaio 7 Ensaio 8 Ensaio 8

Tipo III Ensaios teste - verificação do equipamento e materiais Ensaio 9 Ensaio 9

97

5.2 ETAPAS DE CARREGAMENTO

Conforme apresentado no ANEXO 3, o Software Prensa Universal apresenta os resultados

dos ensaios após a finalização dos mesmos. Como configuração padrão, os dados são

apresentados pela relação “Carga x Tempo”. As figuras FIG. 5.1 e FIG. 5.2 ilustram essa relação

em ensaios realizados com amostras de 2 mm e 3 mm, respectivamente. Nessas figuras, não se

distingue se há ou não instrumentação aplicada no fio de aço, já que o procedimento de tração

é o mesmo em todos os eventos.

FIG. 5.1 Relação “Carga x Tempo” nos ensaios com amostras de 2 mm

FIG. 5.2 Relação “Carga x Tempo” nos ensaios com amostras de 3 mm

0,005,00

10,0015,0020,0025,0030,0035,0040,00

00:0

0:00

00:0

0:30

00:0

1:00

00:0

1:30

00:0

2:00

00:0

2:30

00:0

3:00

00:0

3:30

00:0

4:00

00:0

4:30

00:0

5:00

00:0

5:30

00:0

6:00

00:0

6:30

00:0

7:00

00:0

7:30

00:0

8:00

00:0

8:30

00:0

9:00

00:0

9:30

00:1

0:00

00:1

0:30

00:1

1:00

00:1

1:30

00:1

2:00

00:1

2:30

00:1

3:00

00:1

3:30

Car

ga (k

N)

Tempo

Carga x TempoAmostras de 2 mm

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00

100,00

00:0

0:00

00:0

0:33

00:0

1:06

00:0

1:39

00:0

2:12

00:0

2:45

00:0

3:18

00:0

3:51

00:0

4:24

00:0

4:57

00:0

5:30

00:0

6:03

00:0

6:36

00:0

7:09

00:0

7:42

00:0

8:15

00:0

8:48

00:0

9:21

00:0

9:54

00:1

0:27

00:1

1:00

00:1

1:33

00:1

2:06

00:1

2:39

00:1

3:12

00:1

3:45

00:1

4:18

Car

ga (k

N)

Tempo

Carga x TempoAmostras 3mm

Ensaio 1

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

98

Para o encaixe da amostra na moldura é necessário descer a barra rígida de tração até uma

altura que permita a fixação da tela nas garras das quatro extremidades. O objetivo é encaixar

a amostra de tal forma que a mesma fique esticada. Porém, para permitir o encaixe, será sempre

necessário haver alguma folga no sistema. Ao iniciar o ensaio, a prensa traciona o mesmo,

ajustando a amostra. Nesse momento, já pode-se observar algum deslocamento, mas a carga

aplicada no aparato é menor que o início da faixa de medição da prensa, que registra um

carregamento nulo até que a tela esteja suficientemente tracionada para oferecer resistência ao

carregamento.

Apesar do tamanho das amostras ser padrão, esse ajuste da barra varia entre os ensaios. Por

exemplo, caso a trave esteja em uma posição mais baixa, o sistema se deslocará mais até ser

tracionado ao ponto de ser sensível ao carregamento. E, se a trave estiver ajustada em um ponto

superior ao anterior, o deslocamento será menor. Essa diferença de deslocamento até que o

início do carregamento seja mensurável, é a razão para que o princípio da inclinação das curvas

nos gráficos “Carga x Tempo” ocorra em momentos distintos. Desse modo, as curvas dos

gráficos das figuras FIG. 5.1 e FIG. 5.2 apresentam diferenças temporais entre os experimentos.

A partir das recomendações propostas por RODUNER (2011), classificou-se o ensaio em

três etapas. A primeira, denominada na Etapa I, contempla a fase em que ocorre o ajuste da

amostra até que os fios de aço estejam esticados a ponto do sistema ser sensível à aplicação da

tensão. Em seguida ao momento que o carregamento se torna observável, inicia-se a Etapa II,

referente ao pré-carregamento do sistema, descrito no Item 4.4.1. Quando a carga atinge o valor

de 4 kN essa etapa finaliza, dando início a Etapa III, que compreende a fase da aplicação da

tração a uma taxa de 15 mm/min até a ruptura da amostra. A FIG. 5.3 ilustra as etapas de

carregamento na curva “Carga x Tempo” do Ensaio 5 – Tipo I – 3 mm. A TAB. 5.2 descreve o

efeito de cada etapa de carregamento na amostra.

TAB. 5.2 Etapas de carregamento do ensaio de tração. Etapa Efeito Descrição

Etapa I Deslocamento Extensão da amostra até que o sistema seja sensível a aplicação do esforço de tração.

Etapa II Pré-carregamento Acomodação dos fios de aço sob tensão, permitindo total ajuste da amostra à moldura.

Etapa III Carregamento Aplicação de carga até a ruptura.

99

FIG. 5.3 Etapas de carregamento evidenciadas (Ensaio 5_Tipo I_3 mm).

Para a comparação dos resultados, desconsiderou-se os dados da Etapa I, já que esses,

dependem da configuração da trave rígida no momento da montagem da amostra, e também

pelo fato do carregamento ser aproximadamente nulo.

Desta forma, os dados da Etapa I foram desconsiderados e as medições das etapas

posteriores foram subtraídos a partir do seu valor inicial (correção do bias).

Com o propósito de avaliar o sistema após a acomodação da amostra, optou-se por realizar

também análises do comportamento do material exclusivamente na Etapa III. Nessas análises,

os valores das leituras de deslocamento e deformação (quando aplicado) na Etapa III foram

subtraídos das primeiras leituras dessa etapa. Assim, esses primeiros valores se igualam a zero,

desconsiderando os valores acumulados na Etapa II.

O ANEXO 6 apresenta todos os gráficos referentes as análises dos ensaios completos e da

Etapa III individualmente. São denominados ensaios completos aqueles que contemplam os

resultados da Etapa II e da Etapa III.

5.3 ANÁLISE DO DESLOCAMENTO DO SISTEMA

Conforme já foi mencionado, apesar da aquisição do deslocamento ser possível através

do hardware da prensa, optou-se também pela utilização de dois transdutores de deslocamento

(flexímetros), um em cada extremidade da trave rígida de tração. O objetivo dessa

instrumentação foi a aferição do deslocamento fornecido pela prensa, que é feita de forma

indireta através da rotação do motor e não diretamente no aparato de tração. Dessa forma,

100

optou-se por verificar se os resultados não eram afetados pela possível relaxação dos cabos de

aço que ligam o sistema de tração à prensa.

A FIG. 5.4 ilustra a relação “Deslocamento x Tempo” de ambos os flexímetros e das

leituras de deslocamento fornecidas pela prensa. Os dados são referentes ao Ensaio 5_Tipo I_2

mm, Etapa III. Os gráficos dos demais ensaios, com dados do ensaio completo e da Etapa III,

são apresentados no ANEXO 6.

FIG. 5.4 Relação “Deslocamento x Tempo” Ensaio 5_Tipo I_2 mm.

A partir da FIG. 5.4 observa-se que os valores da prensa encontram-se entre os valores

dos dois flexímetros. Como os flexímetros estão instalados em cada extremidade lateral da

moldura, supõe-se que durante o ensaio possa ter ocorrido uma leve inclinação da barra rígida,

proporcionando um maior deslocamento no lado direito do ensaio. No entanto, como o

deslocamento medido pela prensa não sofre influência dessa possível inclinação, o valor do

mesmo manteve-se aproximadamente na média dos demais. A relação entre os valores médios

de deslocamento dos flexímetros e os valores medidos pela prensa é apresentada na FIG. 5.5,

onde constata-se que há uma forte correlação linear entre esses valores.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

00:0

0:00

00:0

0:03

00:0

0:06

00:0

0:09

00:0

0:12

00:0

0:15

00:0

0:18

00:0

0:21

00:0

0:24

00:0

0:27

00:0

0:30

00:0

0:33

00:0

0:36

00:0

0:39

00:0

0:42

00:0

0:45

00:0

0:48

00:0

0:51

00:0

0:54

00:0

0:57

00:0

1:00

00:0

1:03

00:0

1:06

00:0

1:09

00:0

1:12

00:0

1:15

00:0

1:18

00:0

1:21

00:0

1:24

00:0

1:27

Des

loca

men

to (m

m)

Tempo

Deslocamento x TempoEtapa III - Ensaio 5_Tipo I_2mm

Flexímetro Esquerdo Flexímetro Direito Prensa

101

FIG. 5.5 Correlação entre o deslocamento médio dos flexímetros e a leitura da prensa.

O comportamento medido pelos flexímetros pode variar entre os ensaios. Por exemplo, a

barra não inclina em todos os ensaios. E quando inclina, pode ser tanto para esquerda quanto

para direita. Os ângulos de inclinação também variam, aumentando ou diminuindo a diferença

entre as leituras. Apesar do comportamento variável, encontrou-se uma boa correlação na maior

parte dos ensaios utilizando o coeficiente de correlação linear de Pearson, conforme pode ser

verificado na TAB. 5.3.

Os dados dos flexímetros que apresentaram problemas em algum ensaio foram

desconsiderados, calculando-se a correlação pelos valores do flexímetro com bom

funcionamento e os valores fornecidos pelo equipamento de tração. Porém, verifica-se que no

Ensaio 3_Tipo I_3 mm, mesmo com esse tratamento de dados, o coeficiente de correlação de

Pearson foi o menor entre os demais, pois as hastes de ambos flexímetros apresentaram

problemas.

TAB. 5.3 Correlação entre Deslocamento Médio Flexímetros x Deslocamento Prensa. Correlação Deslocamento Médio Flexímetros x Deslocamento Prensa

Ensaio Amostras 2 mm Amostras 3 mm

Dados Ensaio Completo Dados Etapa III Dados Ensaio

Completo Dados Etapa III

Ensaio 1 0,9989 0,9985 0,9982 0,9972 Ensaio 2 0,9997 0,9998 0,9987 0,9966 Ensaio 3 0,9960 0,9988 0,9295 0,7775 Ensaio 4 0,9990 0,9974 0,9963 0,9955 Ensaio 5 0,9989 0,9992 0,9962 0,9993 Ensaio 6 0,9985 0,9992 0,9991 0,9989 Ensaio 7 0,9995 0,9997 0,9994 0,9996 Ensaio 8 0,9997 0,9999 0,9992 0,9991 Ensaio 9 0,9976 0,9985 - -

y = 1,0036x - 0,5667R² = 0,9983

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)

Deslocamento Prensa (mm)

Deslocamento Flexímetro x Deslocamento PrensaEtapa III - Ensaio 5_Tipo I_2mm

102

Não foi possível correlacionar os dados de deslocamento da prensa com o dos flexímetros

no Ensaio 9_Tipo III_3 mm, pois o ensaio foi instrumentado apenas com um flexímetro, e esse

não apresentou resultados satisfatórios.

Devido à forte correlação apresentada é possível afirmar que os valores de deslocamento

medidos pela prensa são representativos do deslocamento real. Desse modo, definiu-se por

apresentar neste trabalho, em análises que envolvam valores de deslocamento, apenas os dados

fornecidos pela prensa. Recomenda-se ainda, que em ensaios futuros, a leitura do deslocamento

seja realizada apenas pelo software da prensa, simplificando o procedimento.

5.4 ANÁLISE DO CARREGAMENTO DO SISTEMA

Os gráficos das figuras FIG. 5.6 e FIG. 5.7 ilustram a relação “Carga x Deslocamento”

dos ensaios das amostras de 2 e 3 mm, respectivamente. Ambos os gráficos ilustram a boa

reprodutibilidade encontrada nos ensaios, tanto em relação aos níveis de carga suportados,

quanto ao comportamento geral dos ensaios.

FIG. 5.6 Relação “Carga x Deslocamento” – Amostras de 2 mm.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)

Carga x DeslocamentoAmostras de 2 mm - Ensaio Completo

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

103

FIG. 5.7 Relação “Carga x Deslocamento” – Amostras de 3 mm.

Verifica-se que a inclinação da curva é um pouco menor no início, aumentando

gradativamente até aproximadamente 50% da ruptura, quando volta a diminuir. Entende-se que

esse comportamento ocorre porque o sistema oferece menor resistência ao esforço de tração no

início do carregamento devido à redistribuição de esforços. À medida que o sistema enrijece,

entende-se que a possibilidade de redistribuição diminui, aumentando a resistência do sistema

à tração. Acredita-se que próximo à ruptura o sistema volte a desenvolver maiores

deslocamentos devido às deformações ocorridas nos nós, locais onde por fim ocorre a ruptura.

Para efeitos de comparação qualitativa, apresenta-se na FIG. 5.8 o gráfico dos

experimentos realizados por BRÄNDLEIN E DEPPISCH (2005), onde verifica-se um

comportamento similar ao das curvas obtidas neste trabalho.

Destaca-se que os valores dos ensaios Ensaio 2_Tipo I_3 mm e Ensaio 3_Tipo II_3 mm

não foram incluídos na FIG. 5.7. Devido provavelmente a oscilações da rede elétrica, o

equipamento de tração perdeu força durante esses ensaios, acarretando no descarregamento da

amostra em alguns pontos, como pode ser verificado na FIG. 5.9.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


Ensaio 1

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

104

FIG. 5.8 Ensaios de tração em amostra TECCO® G65/3. Fonte: Adaptado de BRÄNDLEIN E DEPPISCH (2005).

FIG. 5.9 Relação “Carga x Deslocamento” – Amostras com descarregamento durante os

ensaios Ensaio 2_Tipo I_3 mm e Ensaio 3_Tipo I_3 mm.

5.4.1 RESISTÊNCIA DAS AMOSTRAS À TRAÇÃO

Para caracterização das malhas de aço pode-se denominar “resistência à tração” como o

valor da carga na ruptura, em kN, em relação à largura útil da amostra. Considera-se largura

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


Ensaio 2

Ensaio 3

105

útil da amostra o valor compreendido entre os nós diretamente sujeitos ao carregamento

longitudinal, que é representado por La na FIG. 5.10.

FIG. 5.10 Largura da amostra entre as garras superiores e inferiores

A TAB. 5.4 descreve os valores de resistência à tração especificados pelo fabricante da

tela, que são considerados como valores de referência para os ensaios.

TAB. 5.4 Valores de resistência à tração especificados pelo fabricante.

Produto Amostra Equivalente Resistência à tração especificada (kN/m) TECCO G65/2 Amostra 2 mm 65,0 TECCO G65/3 Amostra 3 mm 150,0

Fonte: GEOBRUGG (2013a) e GEOBRUGG (2013b). FRESNO (2000) propõe o cálculo da carga na ruptura esperada (resistência à tração) das

amostras conforme apresentado na EQ. 5.1.

a

Acalculaday L

ARnF )2/cos(2)(

α××××= EQ. 5.1

Onde:

n = número de aberturas no sentido horizontal (7 - ver FIG. 5.10);

106

RA = resistência à tração do fio de aço (1770 N/mm – ver TAB. 4.7);

A = seção transversal do fio de aço (A3 mm = 7,07 mm²; A2 mm = 3,14 mm²);

α = ângulo da abertura (49º);

La = largura da amostra (0,581 m).

Substituindo-se os dados acima na EQ. 5.1, obtêm-se os valores apresentados na TAB. 5.5.

TAB. 5.5 Valores de resistência à tração obtidos pela EQ. 5.1.

Tipo de Amostra Carga de ruptura calculada (kN/m) Amostra 2 mm 122,0 Amostra 3 mm 274,0

FRESNO (2000) propõe que seja aplicado um fator de correção aos valores encontrados

devido à perda de resistência pelo ao fato do fio de aço ter sido dobrado, conforme apresentado

EQ. 5.2.

)()( 6,0 calculadayesperaday FF ×= EQ. 5.2

Os valores de resistência à tração estimados por modelos analíticos passam então a ser

aqueles apresentados na TAB. 5.6.

TAB. 5.6 Valores de resistência à tração esperados.

Tipo de Amostra Resistência à tração esperada (kN/m) Amostra 2 mm 73,0 Amostra 3 mm 164,0

A média dos valores encontrados considerando a razão entre as cargas em kN obtidas na

ruptura dos ensaios e a largura útil das amostras (0,581 m) foi de 63 kN/m para as amostras de

2 mm e 248 kN/m para as amostras de 3 mm. Em relação aos valores de referência,

especificados pelo fabricante da malha (TAB. 5.6), tem-se uma diferença de 3% para a amostra

de 2 mm e de 1,3% para a amostra de 3 mm.

Caso os valores de resistência à tração fossem obtidos através da razão entre os valores de

carga na ruptura e a largura completa das amostras, ou seja, que inclui a região que não está

diretamente sujeita ao carregamento longitudinal, cujo valor é de 0,664 m, a diferença entre os

valores encontrados e os valores de referência seria de 14% para ambos tipos de malhas. Assim,

é razoável supor que variações na largura dos espécimes também influenciam nos valores da

107

carga de ruptura. Principalmente se a redução da largura for além dos limites mínimos sugeridos

por RODUNER (2011), apresentados na TAB. 4.1.

Conforme descrito na TAB. 4.1, o valor mínimo de largura da amostra recomendado para

uma malha com abertura de 0,083m é 1,0m. Porém, devido às limitações da prensa, as amostras

ensaiadas foram confeccionadas com 0,664m de largura.

FRESNO (2000) realizou ensaios com amostras da malha TECCO® G65/3 de diferentes

dimensões para avaliar a influência do tamanho do espécime no resultado dos ensaios. Os

resultados são apresentados na TAB. 5.7.

TAB. 5.7 Valores de carga de ruptura em relação ao tamanho da amostra. Material ensaiado

Dimensão da amostra (mm) Largura x Altura

Nº de aberturas Largura x Altura

Carga de Ruptura (kN/m)

TECCO G65/3

1079 x 1001 13 x 7

147,30 153,41 153,18 156,84 149,15 148,85

Valor médio 151,46

1079 x 429 13 x 3 140,93 144,25 142,30

Valor médio 142,49 Fonte: FRESNO (2000).

Verifica-se que com uma altura menor, as amostras se rompem, em média, a uma carga

6,3% menor que as amostras de maior dimensão (FRESNO, 2000).

Isto posto, duas hipóteses podem ser formuladas para explicar a influência da dimensão da

amostra nos resultados dos ensaios:

1) A partir de uma certa dimensão da amostra a largura da meia-abertura que está

diretamente fixada nas garras laterais, em ambos os lados, e que não estão

diretamente sujeitas ao carregamento longitudinal, passam a influenciar mais

significativamente no cômputo da distribuição das tensões do sistema (força/largura

útil);

2) Quanto menor a amostra, menor a possibilidade de redistribuição das tensões

aplicadas.

108

Acredita-se que em casos em que ambas as hipóteses ocorrem, existe uma acentuação da

concentração de tensões, tornando menor a resistência do sistema.

5.4.2 DEFORMAÇÃO EQUIVALENTE DA MALHA

Além do estudo da influência do tamanho das amostras nos resultados de resistência à

tração, FRESNO (2000) avaliou a diferença no comportamento da deformação equivalente da

malha, em duas amostras de diferentes dimensões.

A deformação equivalente, que também pode ser denominada deformação longitudinal ou

ainda deformação unitária da malha, é a razão entre o deslocamento longitudinal (sentido de

aplicação da força) medido em milímetros e o comprimento da amostra, em metros. Os valores

encontrados por FRESNO (2000) são apresentados na TAB. 5.8.

Com base nos resultados apresentados por FRESNO (2000), verifica-se a amostra de menor

comprimento apresenta deformações unitárias 17,7% menores que as amostras de maior

dimensão longitudinal.

TAB. 5.8 Valores de deformação unitária em relação ao tamanho da amostra. Material ensaiado

Dimensão da amostra (mm) Largura x Altura

Nº de aberturas Largura x Altura

Deformação Equivalente (mm/m)

TECCO G65/3

1079 x 1001 13 x 7

78,15 83,57 83,56 85,17 85,57 86,77

Valor médio 83,80

1079 x 429 13 x 3 70,49 71,43 71,54

Valor médio 71,15 Fonte: FRESNO (2000).

Considerando a proporcionalidade da deformação equivalente em relação ao comprimento

da amostra, conforme descrito acima, se para um comprimento de 0,429 m a amostra percorre

em média 30,5mm até a ruptura, em uma amostra de dimensão longitudinal de 1,001m (2,33

vezes maior), o sistema deveria deslocar-se em torno de 71,1mm até o momento da ruptura. No

entanto, conforme é demonstrado na TAB. 5.9 o deslocamento médio para amostra de maior

109

comprimento é de 83,88mm. Portanto, como os valores não seguiram o efeito da

proporcionalidade direta, infere-se que o comportamento da amostra é diferente, de acordo com

o tamanho da mesma, corroborando o argumento que o tamanho da amostra interfere de

maneira não linear nos resultados dos ensaios.

A execução de ensaios em laboratório sob condições controladas exige o uso de amostras

de pequeno tamanho. Em campo, utilizando-se dimensões naturalmente maiores, tem-se a

expectativa do material apresentar maior resistência e ductilidade.

TAB. 5.9 Valores de deslocamento médio em relação ao tamanho da amostra

Comprimento da amostra (m)

Deformação equivalente média (mm/m)

Deslocamento (mm)

0,429 71,15 30,52 1,001 83,80 83,88

Fonte: FRESNO (2000).

A TAB. 5.10 apresenta os valores de deformação equivalente encontrados nos ensaios deste

trabalho (dados da Etapa III), cujas amostras têm 0,581m de comprimento.

TAB. 5.10 Valores de deslocamento e deformação equivalente dos ensaios realizados

Ensaio Deslocamento (mm) Deformação equivalente (mm/m) 2 mm 3 mm 2 mm 3 mm

Ensaio 1 24,5 40,5 42,8 70,8 Ensaio 2 24,0 41,8 42,0 73,0 Ensaio 3 23,3 57,7 40,7 100,9 Ensaio 4 26,3 40,5 45,9 70,8 Ensaio 5 26,9 41,5 47,0 72,5 Ensaio 6 22,8 39,9 39,8 69,7 Ensaio 7 23,5 39,2 41,1 68,6 Ensaio 8 23,2 37,0 40,7 64,7 Ensaio 9 24,1 42,0 42,2 73,4

Devem ser desconsiderados os valores de deslocamento do Ensaio 3_Tipo I_3 mm, pois

provavelmente o descarregamento ocorrido durante o ensaio afetou essas medições, já que essa

é feita pela rotação do motor e não diretamente no sistema de ensaio. O fato também ocorreu

no Ensaio 2_tipo I_3 mm, mas em menor intensidade, como pode ser verificado na FIG. 5.9,

não afetando a aquisição dos valores de deslocamento.

110

5.5 ANÁLISE DA DEFORMAÇÃO DO SISTEMA

Uma das contribuições propostas por este trabalho, fazendo-o diferente dos demais estudos

de ensaios de tração encontrados na literatura, é o uso de extensometria para o monitoramento

do comportamento até a ruptura do material. Em seis ensaios, três com amostras de 2 mm e três

de 3 mm, foram instalados extensômetros elétricos de resistência (strain gages) em pontos pré-

determinados da tela. Além dos strain gages, em dois dos seis ensaios também foram colocados

extensômetros ópticos (FBG). Os ensaios instrumentados com FBG foram o Ensaio 8_Tipo

II_2 mm e o Ensaio 8_Tipo II_3 mm. Em ambos os casos foram dispostos dezesseis strain

gages, assim como nos ensaios Ensaio 6_Tipo II_3 mm e Ensaio 7_Tipo II_3 mm. Os ensaios

Ensaio 6_Tipo II_2 mm e Ensaio 7_Tipo II_2 mm foram monitorados apenas com oito

extensômetros elétricos de resistência. A TAB. 5.11 apresenta a quantidade de sensores

utilizadas em cada ensaio do Tipo II.

TAB. 5.11 Distribuição de sensores por ensaio do Tipo II.

Strain Gages (un) FBG (un)

2 mm 3 mm 2 mm 3 mm Ensaio 6_Tipo II 8 16 0 0 Ensaio 7_Tipo II 8 16 0 0 Ensaio 8_Tipo II 16 16 5 5

Conforme apresentado anteriormente, a FIG. 5.11 ilustra o posicionamento dos

extensômetros nas amostras.

Para auxiliar na análise e apresentação dos resultados, classificou-se cada ponto com uma

letra. Os sensores de FBG foram instalados nos pontos B, C, E, H e I.

A FIG. 5.12 ilustra a relação “Deformação x Tempo” de todas as medições, enquanto que

na FIG. 5.13 pode-se observar as leituras de deformação apenas na Etapa III do Ensaio 7_Tipo

II_3 mm.

111

FIG. 5.11 Estrutura de montagem e nomenclatura dos extensômetros nas amostras.

FIG. 5.12 Relação “Deformação x Tempo” Ensaio 7_Tipo II_3 mm (Completo).

-1000,00

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

00:0

0:00

00:0

0:19

00:0

0:38

00:0

0:57

00:0

1:16

00:0

1:35

00:0

1:54

00:0

2:13

00:0

2:32

00:0

2:51

00:0

3:10

00:0

3:29

00:0

3:48

00:0

4:07

00:0

4:26

00:0

4:45

00:0

5:04

00:0

5:23

00:0

5:42

00:0

6:01

00:0

6:22

00:0

6:41

00:0

7:00

00:0

7:19

00:0

7:38

00:0

7:57

00:0

8:16

00:0

8:35

Def

orm

ação

(μm

/m)

Tempo

Deformação x TempoEnsaio 7_Tipo II_3mm - Completo

EER-AEER-BEER-CEER-DEER-EEER-FEER-GEER-HEER-IEER-JEER-KEER-LEER-MEER-NEER-OEER-P

112

FIG. 5.13 Relação “Deformação x Tempo” Ensaio 7_Tipo II_3 mm (Etapa III).

Cada sinal aquisitado é representado pela sigla EER (Extensômetro Elétrico de Resistência)

mais a posição do sensor na amostra. Por exemplo, o sinal do strain gage instalado na posição

A é denominado na legenda como EER-A.

Verifica-se que o comportamento das deformações no tempo é diferente entre os fios.

Devido às características do carregamento, pode-se notar que a inclinação das curvas na Etapa

III é mais acentuada, indicando maiores deformações em um intervalo de tempo menor.

O gráfico “Carga x Deformação”, do Ensaio 6_Tipo II_3 mm com os dados completos do

ensaio, é apresentado na FIG. 5.14.

FIG. 5.14 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 6_TipoII_3 mm (Completo).

-1000,000,00

1000,002000,003000,004000,005000,006000,007000,00

00:0

0:00

00:0

0:06

00:0

0:12

00:0

0:18

00:0

0:24

00:0

0:30

00:0

0:36

00:0

0:42

00:0

0:48

00:0

0:54

00:0

1:00

00:0

1:06

00:0

1:12

00:0

1:18

00:0

1:24

00:0

1:30

00:0

1:36

00:0

1:42

00:0

1:48

00:0

1:54

00:0

2:00

00:0

2:06

00:0

2:12

00:0

2:18

00:0

2:24

00:0

2:30

Def

orm

ação

(μm

/m)

Tempo

Deformação x TempoEnsaio 7_Tipo II_3mm - Etapa III EER-A

EER-BEER-CEER-DEER-EEER-FEER-GEER-HEER-IEER-JEER-KEER-LEER-MEER-NEER-OEER-P

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

-1000,00 0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)

Deformação (μm/m)

Carga x DeformaçãoEnsaio 6_Tipo II_3mm - Completo

EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

113

Analisando o gráfico é possível verificar que houve uma deformação negativa no momento

inicial nos sensores EER-A e EER-I. Essa leitura sugeriria esforços de compressão, entretanto

o que ocorre é uma relaxação. Percebe-se que também há alívio de tensão da amostra no

decorrer do ensaio, como pode ser verificado em alguns sinais como EER-G e EER-J. Na

apresentação do gráfico da Etapa III de carregamento, as tensões até aquele momento são

desconsideradas, como pode ser verificado na FIG. 5.15, não se observando mais as relaxações

existentes no início do ensaio, buscando-se assim minimizar as influências da etapa de pré-

carregamento.

É possível constatar também que a distribuição da deformação durante o ensaio até a

ruptura é variável entre os fios de aço. Alguns fios se deformam mais que outros quando

submetidos a um mesmo esforço de tração. Acredita-se que o fato ocorra devido à distribuição

de tensões variar entre os pontos da amostra.

Mesmo que aparentemente o comportamento entre os fios seja heterogêneo, verifica-se que

tendência média comum entre os mesmos.

FIG. 5.15 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 6_TipoII_3 mm (Etapa III).

Em relação ao comportamento das amostras de 2 mm, constata-se pelas figuras FIG. 5.16

e FIG. 5.17 que não há diferenças significativas entre o gráfico do ensaio completo e o apenas

da Etapa III de carregamento. Observou-se em todos os ensaios uma curva mais linear em

comparação as das amostras com maior diâmetro. Outra diferença é que a acomodação da

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

-1000,00 0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)


Carga x DeformaçãoEnsaio 6_Tipo II_3mm - Etapa III

EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

EER-L

114

amostra no início do ensaio não é tão acentuada e há maior dispersão das deformações no

momento próximo à ruptura. Percebeu-se também um maior número de ressaltos na extensão

das curvas, sugerindo acomodações bruscas no decorrer do ensaio.

FIG. 5.16 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 8_TipoII_2 mm (Completo).

FIG. 5.17 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 8_TipoII_2 mm (Etapa III).

O sinal EER-M foi desconsiderado na análise das figuras. Acredita-se que o strain gage

sofreu algum dano durante o ensaio, deixando de emitir sinal. O sinal EER-O também

apresentou problemas, porém no Ensaio 8_Tipo II_3 mm, podendo esse estar relacionado a

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 1500,00 3000,00 4500,00 6000,00 7500,00

Car

ga (k

N)

Deformação (µm/m)


EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00

Car

ga (k

N)



EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

115

colagem do sensor ou a um curto circuito devido a um dos fios do strain gage entrar em contato

com o fio de aço ou até mesmo entre os terminais.

Os valores de deformação na ruptura são apresentados em forma de histograma nas figuras

FIG. 5.18 (leitura do ensaio completo) e FIG. 5.19 (leitura da Etapa III do carregamento).


de 3 mm (Ensaio completo).


de 3 mm (Etapa III).

Deformação na Ruptura (µm/m)

Freq

uênc

ia

60005500500045004000

20

15

10

5

0

60934377 5254Mean 5254StDev 463,8N 47

Amostra 3mmTodos os ensaios

Dados do Ensaio Completo

Deformações na Ruptura


Freq

uênc

ia

60005500500045004000

20

15

10

5

0

4076 58684937Mean 4937StDev 483,8N 47

Deformações na RupturaAmostra 3mm

Todos os ensaiosDados da Etapa III de carregamento

116

Devido às correções realizadas nas leituras para a apresentação apenas da Etapa III de

carregamento, os valores finais de deformação apresentados no histograma da FIG. 5.18 são

inferiores aos da FIG. 5.19. Porém, essa correção permite a avaliação apenas da deformação na

etapa de carregamento final, admitindo-se o término da acomodação do sistema. Sendo assim,

por mais que o sensor registre essa informação, e a mesma seja útil para caracterização do

comportamento geral, já que a distribuição das forças e deformações são relevantes em todas

as etapas, opta-se por considerar os dados apenas da Etapa III como os valores limites de

deformação do material.

Conforme foi descrito neste tópico a respeito do comportamento das amostras de 2 mm,

percebeu-se que ao contrário das amostras de 3 mm, não há um processo de acomodação do

sistema acentuado no início do carregamento. Sendo assim, não é pertinente desconsiderar os

efeitos do pré-carregamento neste tipo de amostra. Desse modo, são considerados apenas os

dados dos ensaios completos para as amostras de 2 mm.

Pode-se confirmar a suposição acima através dos histogramas apresentados nas figuras

FIG. 5.20 e FIG. 5.21, onde percebe-se que considerando apenas a Etapa III, os valores de

deformação diminuem consideravelmente, demonstrando que as deformações da etapa de pré-

carregamento influenciam no processo de ruptura.


de 2 mm (Completo).

Deformação na Ruptura (μm/m)

Freq

uênc

ia

70006000500040003000

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

3859 5390 6768Mean 5390StDev 751,5N 31

Amostra 2mmTodos os Ensaios

Dados do Ensaio Completo

Deformações na Ruptura

117


de 2 mm (Etapa III).

Verifica-se que as menores deformações medidas neste trabalho foram de

aproximadamente 4377 µm/m (4,47 ‰) para os dados completos das amostras de 3 mm e 4076

µm/m (4,17 ‰) para os dados corrigidos, enquanto que para as amostras de 2 mm, as mínimas

deformações encontradas foram de dados completos 3859 µm/m (3,9 ‰) e para os dados apenas

da Etapa III 3156 µm/m (3,2 ‰).

Os valores médios medidos foram 5254 µm/m (5,2 ‰) e 4937 µm/m (4,9 ‰) para os dados

completos e corrigidos das amostras de 3 mm e, 5390 µm/m (5,4 ‰) e 4814 µm/m (4,8 ‰),

para as amostras de 2 mm, dados completos e da Etapa III, respectivamente.

Os maiores valores de deformação encontrados para as amostras de 3 mm foram 6093

µm/m (6,1 ‰) e 5868 µm/m (5,9 ‰) e para as amostras de 2 mm foram 6768 µm/m (6,8 ‰) e

6185 µm/m (6,2 ‰), em ambos os casos, para os dados completos e para os dados apenas da

Etapa III, nessa ordem.

Conforme citado anteriormente, CALA et al. (2012) apresentou resultados de ensaios de

resistência à tração do fio da amostra de 3 mm, onde os valores de deformação do fio de aço

podem atingir valores entre 2,0 e 2,5% (20 e 25 ‰). Entretanto, na tela, é realizado o

dobramento desse fio para definir a geometria da malha, implicando naturalmente na

fragilização dos nós, sendo assim admissível a fato da deformação na ruptura inferior a limite

do fio de aço.

Os valores das deformações últimas de cada ensaio do Tipo II são apresentados no ANEXO

7.


Freq

uênc

ia

70006000500040003000

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

3156 4814 6185Mean 4814StDev 757,4N 31

Deformações na RupturaAmostra 2mm

Todos os ensaiosDados da Etapa III de carregamento

118

5.6 ANÁLISE DO MODO DE RUPTURA DO SISTEMA

Neste tópico as rupturas das amostras serão descritas e uma análise qualitativa do

comportamento dos fios de aço, com base nos dados de deformação aquisitados nos ensaios de

tração direta longitudinal, será realizada. As particularidades pertinentes também serão

descritas. Gráficos e ilustrações de cada ensaio individual são apresentados no ANEXO 6.

A principal característica da ruptura das amostras é que a mesma sempre ocorre nos nós da

malha. Denomina-se nó o encaixe entre dois fios de aço torcidos.

Já era esperado que as rupturas ocorressem nessa região, uma vez que constitui o ponto de

maior fraqueza da tela, devido ao desgaste sofrido no processo de dobramento, onde ocorrem a

flexão e torção do fio.

Da perspectiva da análise estrutural, parece razoável admitir aos nós o comportamento de

rótulas, uma vez que há liberdade para o deslocamento angular entre as arestas da abertura. Ou

seja, o sistema não oferece resistência a rotações relativas aos fios de aço que compartilham um

nó. A FIG. 5.22 ilustra os nós da malha de torção simples.

FIG. 5.22 Nós da malha de torção simples.

Partindo da hipótese de equilíbrio nos nós da malha, conclui-se que com a aplicação do

esforço de tração direta longitudinal, a distribuição das forças deve obedecer a simetria ou

antissimetria apresentadas nos modelos da FIG. 5.23.

FIG. 5.23 Modelos de simetria (A) e antissimetria (B) das forças nós das malhas.

119

Na FIG. 5.23A admite-se a simetria entre as forças em um mesmo fio. Essa premissa não

é observada se, e somente se, a segunda proposição (FIG. 5.23B) for válida.

Com propósito de auxiliar na apresentação da descrição da ruptura da amostra, classificou-

se cada nó em uma relação de letra e número baseando-se no posicionamento do mesmo na

extensão da amostra, conforme ilustra a FIG. 5.24. Cabe destacar que algumas combinações

entre a sequência de letras e números não resultam em um nó, como por exemplo, A-1. Porém,

esse fato não altera a apresentação dos resultados.

Para realizar a descrição detalhada da ruptura foi necessário no final de cada ensaio

reconstituir a amostra fixando a mesma em uma base de madeira por pregos. Decidiu-se realizar

o procedimento apenas nos ensaios do Tipo II e no primeiro experimento realizado neste

trabalho, o ensaio teste com a tela de 3 mm.

FIG. 5.24 Relação “Letra x Número” para identificação do nó da amostra.

A ruptura no Ensaio 6_Tipo II_2 mm é descrita na FIG. 5.25A. A fotografia da amostra

reconstituída após o ensaio é apresentada na FIG. 5.25B.

120

FIG. 5.25 Ruptura no Ensaio 6_Tipo II_2 mm (A) Pontos de ruptura (B) Fotografia da

amostra. A amostra se rompe em dois pontos, sendo que em M-2 os dois fios de aço do nó se

danificam, enquanto que em N-3 apenas o fio de aço inferior do nó se rompe. Pode-se supor

então que a ruptura ocorreu inicialmente no ponto M-2, descarregando os pontos L-1 e N-1 e,

consequentemente, sobrecarregando o ponto P-1, o que provavelmente induziu a ruptura no nó

N-3.

No Ensaio 6_Tipo II_3 mm a ruptura ocorreu exatamente nos mesmos pontos, acrescido

da ruptura do fio inferior do ponto O-4. Sendo assim, acredita-se que o colapso se propagou do

ponto M-2 para o N-3 e em seguida para o ponto O-4, em linha, conforme ilustrado em FIG.

5.26.


amostra.

Verifica-se pela FIG. 5.27 que a ruptura no Ensaio 7_Tipo II_3 mm ocorreu em três pontos,

o D-3, E-2 e F-3. Acredita-se que o colapso do nó E-2 se propagou para os demais pela

redistribuição dos esforços.

121


amostra.

Não foi verificado em nenhum ensaio rupturas em pontos não adjacentes, o que confirma

a teoria da propagação do colapso a partir de um único nó com maior concentração de tensões.

As informações referentes à ruptura dos demais ensaios onde houve reconstituição da

amostra, estão disponíveis no ANEXO 6, assim como as fotografias das amostras rompidas nos

ensaios do Tipo I e III.

5.6.1 ANÁLISE QUALITATIVA DOS ENSAIOS DO TIPO II

Os dados de deformação dos strain gages foram tratados no programa MATLAB® e o

comportamento dos fios de aço durante os ensaios foi reproduzido em uma animação. Essa

animação teve por objetivo a visualização das deformações conforme o incremento de carga.

Sendo assim, a variação das deformações nos sensores, desde o início até o final do ensaio

foram representadas em forma de cores, que se modificam da cor azul até a vermelha, conforme

a intensidade, do menor para o maior valor do respectivo ensaio. Como essa análise é mais

visual do que numérica, denominou-se análise qualitativa dos dados.

Uma vez que o comportamento que será descrito é replicado para todos os ensaios, neste

tópico serão discutidos os resultados de dois ensaios, com base na imagem final da animação.

As imagens dos demais ensaios são apresentadas no ANEXO 6.

A FIG. 5.28 ilustra o Ensaio 7_Tipo II_3 mm.

122


completos (B) Dados apenas da Etapa III.

Primeiramente verifica-se que considerando apenas a Etapa III há uma amenização nos

valores finais de deformação em quase todos os sinais, exceto os sinais EER-E e EER-J. Isso

significa que para as amostras de 3 mm o processo é válido para demonstrar o comportamento

do sistema após as acomodações.

A ruptura da amostra ocorre nos nós D-3, E-2 e F-3 conforme FIG. 5. 27. O EER-B estava

posicionado entre os pontos E-2 e F-3, e pode-se constatar que o sensor não sinalizou essa

região como a de maior concentração de tensões.

Devido à diferença entre as deformações medidas nos extensômetros EER-C e EER-D,

instalados em fios de aço adjacentes, e considerando a simetria da configuração da malha, pode-

se afirmar que a distribuição das forças não segue o modelo sugerido na FIG 5.23A, devendo

seguir dessa maneira, o modelo apresentado na FIG. 5.23B. O mesmo comportamento é

percebido entre os fios de aço adjacentes EER-K e EER-L.

Na FIG. 5.29 são apresentados os valores de deformação com base em dados completos

(FIG. 5.29A) e apenas da Etapa III (FIG. 5.29B) do Ensaio 6_Tipo II_2 mm.

123



Verifica-se que apesar dos fios de aço adjacentes monitorados pelos EER-C e EER-D

possuírem o mesmo comportamento do ensaio descrito acima, os valores em EER-K e EER-L

são bastante próximos, o que permite inferir que nesse caso o modelo da FIG. 5.23A possa ser

válido, desde que o equilíbrio de todo o sistema seja mantido.

Cabe-se destacar que a distribuição heterogênea das forças ocorre devido às características

do material ensaiado e não é consequência do carregamento aplicado. Pois este, conforme

recomendações de RODUNER (2011), são aplicados de maneira uniforme durante o ensaio.

5.7 ANÁLISE DOS DADOS DE EXTENSOMETRIA ÓPTICA

Conforme já descrito neste trabalho, a instrumentação óptica foi realizada com propósito

de comparação do método com a extensometria de resistência elétrica, visando verificar a

aplicabilidade dos sensores FBG no monitoramento da integridade estrutural das malhas de aço

aplicadas em campo como soluções geotécnicas.

Os extensômetros ópticos utilizados em cada ensaio constituem um array, ou seja, todos

os sensores são agrupados em uma mesma fibra. Foram utilizados dois arrays, um em cada

ensaio, com 5 sensores de FBG em cada um. O número máximo de extensômetros que podem

ser incorporados em uma única fibra depende da faixa de operação dos mesmos e do

comprimento de onda total observável pelo interrogador óptico. Nos sensores deste trabalho a

faixa de operação 10 nm, para o comprimento de onda de cada segmento, que são 1526, 1536,

124

1546, 1556 e 1566 nm, com erro de ±1 nm. O equipamento utilizado (sm230-800 da Micron

Optics) possui 80 nm de comprimento total observável, operando na faixa de 1510 a 1590 nm.

Desse modo, é importante o cuidado na seleção dos comprimentos de onda nominais

(comprimento de Bragg) para os sensores FBG a fim de garantir que cada sensor opere dentro

de uma faixa espectral única (NATIONAL INSTRUMENTS, 2015), conforme ilustrado na FIG.

5.30. A superposição de dois picos em um mesmo range (faixa espectral), pode causar

interposição dos sinais aquisitados, como também é demonstrado na FIG. 5.30 para os

comprimentos de onda de 1580 e 1582 nm.

FIG. 5.30 Faixa espectral de operação dos sensores.

Fonte: Adaptado de NATIONAL INSTRUMENTS (2015).

De acordo com descrição anterior, os extensômetros, seguindo procedimento apresentado

no ANEXO 5, foram colados nos fios em pontos diametralmente opostos aos strain gages. Em

seguida, acoplou-se a fibra óptica ao interrogador óptico através de um conector FC/APC e

verificou-se a integridade dos sinais através do software Enlight. O programa apresenta um

gráfico com a intensidade de cada sinal, conforme ilustrado na FIG. 5.31.

FIG. 5.31 Comprimento de onda das faixas de luz refletidas dos sensores FBG.

125

Verifica-se que os sinais dos 5 sensores apresentaram intensidades similares, cada um na

sua faixa espectral. Porém, na análise dos sinais após os ensaios percebeu-se que ocorreu um

salto na faixa espectral de cada sensor, conforme demonstrado na FIG. 5.32.

FIG. 5.32 Relação “Comprimento de onda (nm) x Tempo” no Ensaio 8_Tipo II_3 mm.

Acredita-se que esse fato tenha ocorrido devido a limitação da deformação do sensor

disponível para os ensaios, que de acordo com o fabricante, é dimensionado para operar em

sistemas cuja deformação máxima não ultrapasse o valor de 5000 µm/m. Porém, o material

ensaiado neste trabalho se rompe com deformações bastante superiores à esse valor. Observou-

se o mesmo padrão em ambos ensaios realizados, tanto para a amostra de 2 mm quanto para de

3 mm.

Uma solução para se evitar esse problema seria aumentar o range de cada rede de Bragg

aproveitando-se todo o espectro disponível pelo equipamento e evitando superposição de

faixas.

Sendo assim, foi necessário o tratamento dos dados, onde considerou-se que os valores na

mesma curva do gráfico da FIG. 5.32 representariam o sinal de um mesmo sensor. Desse modo,

os valores do FBG-5 na faixa espectral do sensor FBG-4, serão determinados também como

sinal desse último sensor, e assim sucessivamente para todos os demais. Dentro desse processo,

a leitura do sensor FBG-5 não é observável até o final do ensaio.

No momento em que ocorre o salto entre as faixas espectrais, verifica-se um gap entre os

valores. No tratamento igualou-se esses valores não aquisitados ao último valor antes do salto,

126

o que deu origem aos degraus verificados nas curvas dos gráficos da FIG. 5.33, que ilustra as

informações após as correções propostas.

FIG. 5.33 Relação “Deformação FBG x Tempo” no ensaio Ensaio 8_Tipo II_3 mm.

Verifica-se que o eixo y do gráfico representa os valores de deformação, pois antes da

geração do gráfico aplicou-se a EQ. 4.2, que relaciona a variação do comprimento de onda

ressonante com a deformação longitudinal no sensor.

Comparando-se o gráfico obtido com o gráfico da aquisição dos sinais de extensometria

elétrica de resistência (FIG. 5.34), pode-se perceber uma similaridade no comportamento das

curvas, inclusive em relação aos valores dos eixos, que representam o tempo do ensaio e as

deformações ocorridas durante o mesmo até a ruptura da amostra.

FIG. 5.34 Relação “Deformação x Tempo” no Ensaio 8_Tipo II_3 mm.

Com propósito de correlacionar os dados aquisitados, optou-se por considerar apenas os

dados até o degrau gerado no tratamento dos mesmos. A FIG. 5.35 demonstra essa correlação

127

entre os sensores FBG-2 e EER-I, onde o valor de R equivale ao coeficiente de correlação de

Pearson.

FIG. 5.35 Correlação entre as leituras dos sensores EER-I e FBG-2 no Ensaio 8_Tipo II_3

mm.

Com base no gráfico apresentado, verifica-se uma forte correlação linear (coeficiente de

correlação de Pearson) entre os valores de deformação de extensometria óptica e de

extensometria elétrica de resistência. Os valores de correlação dos demais extensômetros no

Ensaio 8_Tipo 2_3mm são apresentados na TAB. 5.12.

TAB. 5.12 Correlação entre as leituras dos Sensores FBG e EER - Ensaio 8_Tipo II_3mm Correlação Sensores FBG x Strain Gages - Ensaio 8_Tipo II_3mm

FBG-1 x EER-H FBG-2 x EER-I FBG-3 x EER-E FBG-4 x EER-C FBG-5 x EER-B 0,998 0,997 0,989 0,991 0,987

Apesar da forte correlação, ressalta-se alguns pontos que devem ser atentados na utilização

dos sensores ópticos. Primeiramente, os arrays com padrão configurado pelo fabricante,

conforme os utilizados neste trabalho, tem espaçamento entre os sensores de 1 metro, o que

torna extremamente delicada a sua utilização em laboratório, já que a fibra nua é muito frágil.

Na utilização desses arrays deve se atentar para que a fibra não apresente pequenas curvaturas

no ato de enrolar a mesma visando diminuir a distância entre os sensores em sua extensão, pois

nesses casos o sinal se perde. É essencial atentar-se também para a deformação máxima à qual

os sensores podem ser submetidos, evitando assim a alteração na leitura e até a perda de sinais.

y = 1,0495x + 147,6R² = 0,9933

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00

Def

orm

ação

EER

-I (µ

m/m

)

Deformação FBG-2 (µm/m)

Deformação EER-I x FBG-2

128

Desta forma, para utilização desses sensores em campo deve-se prever a utilização de fibras

com revestimento de proteção ao longo de sua extensão.

Uma possível instrumentação das malhas em campo poderia ser baseada na instalação de

sensores em pontos críticos da mesma, como a região onde são aplicados os chumbadores. Após

instalado, os sensores monitorariam a deformação dos fios, adotando-se um determinado valor

de deformação para a emissão de alarmes para risco de ruptura da tela. O monitoramento da

integridade estrutural da malha poderia também funcionar de forma indireta como um

dispositivo indicador de movimentos de massa, já que uma das causas da ruptura iminente do

material é a movimentação do maciço. A determinação desse patamar de deformação para o

alarme dependeria muito da densidade de instrumentação na malha em campo. No caso de uma

maior quantidade de sensores, esses valores poderiam tender à média das deformações

apresentadas nos ensaios com o material, conforme histogramas apresentados em FIG. 5.19 e

FIG. 5.20. Por outro lado, em caso de uma menor quantidade de sensores, agindo em favor da

segurança, a deformação mínima para indicativo de alarme deveria ser o menor valor

apresentado nos ensaios.

A referência aos valores de deformação encontrados neste trabalho serve apenas como

exemplo, pois para utilização dessa técnica em campo, estudos mais aprofundados devem ser

realizados de forma a validar sua eficácia e benefícios em relação à instrumentação

convencional já utilizada para monitoramento de movimentos de massa.

129

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

O trabalho apresentou um estudo sobre o comportamento à tração de malhas de aço

destinadas à estabilização de taludes. Devido ao grande impacto que as ocorrências de

movimentação de massa causam nas infraestruturas de transporte, pode-se afirmar que estudos

sobre materiais de construção que visam a proteção, controle e estabilização dos taludes nesses

sistemas são de grande relevância.

No Brasil, devido ao clima tropical, verificam-se altos índices pluviométricos, que

interferem diretamente na integridade dos taludes, especialmente no que diz respeito à

estabilidade superficial dos mesmos. Dessa forma, os sistemas flexíveis de estabilização de

taludes são de grande valia, pois esses atuam principalmente na estabilização superficial, seja

de maneira ativa ou passiva. As malhas de aço de alta resistência, objeto deste estudo,

constituem um sistema flexível de estabilização, que pode atuar tanto na estabilização passiva

do talude, no controle e proteção contra quedas de rocha, avalanches, fluxo de detritos ou como

sistemas ativos, na estabilização superficial de maciços, trabalhando em conjunto com

chumbadores.

Dentre os sistemas flexíveis de estabilização de taludes, verificou-se que existem normas

técnicas relacionadas apenas aos geossintéticos, que não foram detalhados neste trabalho.

Apesar da norma europeia EN 14490:2010 fazer uma breve referência a esses sistemas, pode-

se afirmar que não há um documento técnico padrão que determine as especificações físicas e

geométricas para se fabricar, encomendar, fornecer, ensaiar e utilizar esses sistemas quando

constituídos por malhas metálicas, sejam com cabos ou arames de baixa ou alta resistência.

No caso das malhas hexagonais de dupla torção, existe a prática nacional e internacional

dos fabricantes de se basearem nas normas referentes às malhas de aço utilizadas na fabricação

de gabiões. Porém, apesar da semelhança física, o modo de funcionamento desses sistemas é

diferente, o que demanda uma normatização distinta. Assim, ressalta-se a necessidade da

criação de um documento técnico padrão que contemple os sistemas flexíveis de estabilização

de taludes constituídos por malhas de aço, dada a importância e a extensa utilização desses

materiais de construção como soluções geotécnicas.

Os ensaios deste trabalho foram realizados com amostras da malha TECCO® com

diâmetros de fio de aço de 2 e 3 mm. Essas telas são de alta resistência devido ao fio de aço que

130

constitui a malha apresentar resistência à tração, segundo o fabricante e ensaios verificados na

literatura, de 1770 N/mm².

Para realização dos ensaios de tração, uma prensa universal foi reformada e adaptada. Além

da reforma do equipamento, foi desenvolvida uma moldura para encaixe das amostras,

possibilitando a aplicação da tração uniforme nas mesmas. Esse equipamento mede além da

carga, o deslocamento do sistema através do resolver do servo-acionamento. Com o propósito

de verificar a representatividade dessas medições, foram realizadas medições com flexímetros,

cujos resultados permitiram afirmar que os valores de deslocamentos fornecidos pela prensa

são equivalentes aos deslocamentos reais ocorridos. Sendo assim, não é necessária a utilização

de uma instrumentação complementar para análise de deslocamento do sistema.

O procedimento do ensaio foi dividido em duas fases distintas, a primeira de pré-

carregamento e a segunda de carregamento até a ruptura. No entanto, os resultados foram

classificados em três etapas. Na primeira etapa os registros de carga foram nulos, e por isso a

mesma foi desconsiderada para efeitos de análise. A segunda e terceira etapas, contemplam as

fases de pré-carregamento e carregamento do sistema, respectivamente. Dessa forma, os dados

foram apresentados considerando os resultados do ensaio completo (Etapa II e Etapa III) e os

resultados apenas da Etapa III, com propósito de avaliar os efeitos da acomodação da malha no

início do carregamento, tanto para os ensaios controlados em laboratório, quanto para o

monitoramento em campo.

Foram fornecidos resultados de carregamento, deslocamento e deformação, que permitiram

análises sobre o comportamento até a ruptura, a distribuição de tensões e o modo de ruptura do

material amostrado.

Relacionando os valores de carregamento aos de deslocamento foi possível concluir que

existe uma boa reprodutibilidade dos resultados entre os ensaios quanto aos níveis de carga

suportadas e quanto ao comportamento geral das curvas “Carga x Deslocamento”. Esse último

também se mostrou compatível com resultados de ensaios realizados por outros autores.

Outra conclusão que pode se obter da relação “Carga x Deslocamento” é que o sistema

oferece menor resistência à tração no início do carregamento devido à redistribuição de esforços

que ocorre nessa etapa. Com o enrijecimento do sistema a resistência ao deslocamento aumenta,

como consequência da diminuição da redistribuição da carga. Devido às deformações ocorridas

nos nós, locais onde ocorre a ruptura, o sistema volta a desenvolver maiores deslocamentos

próximo ao momento da ruptura.

131

Os resultados de resistência à tração obtidos nos ensaios foram inferiores àqueles

especificados pelos fabricantes, 3% para a amostra de 2 mm e de 1,3% para a amostra de 3 mm.

É possível que o tamanho da amostra tenha influência direta nos resultados dos ensaios,

tendência que foi confirmada na literatura, com resultados de ensaios onde foram comparados

valores de resistência à tração e deslocamento para dois tamanhos de amostras diferentes.

Não foi possível verificar neste estudo a partir de qual dimensão de amostra não haverá

variação relevante de resultados, ou se essa variação se estabilizaria à medida que se têm

maiores dimensões de malha. Os valores menores encontrados para pequenas amostras não são

indicativos de uma menor resistência da malha, já que em amostras maiores foram observados

valores de resistência superiores. Sendo assim, em campo a tendência é que o sistema possua

resistência e ductilidade iguais ou superiores aos resultados de ensaios encontrados na literatura.

Quanto ao comportamento “Carga x Deformação”, percebeu-se que há um processo de

acomodação da amostra no início do carregamento, principalmente nas amostras de maior

diâmetro. Ressaltos verificados nos gráficos sugerem acomodações bruscas no decorrer do

ensaio. As deformações registradas nos momentos de ruptura variaram entre 3‰ e 7‰.

Dada a simetria do sistema e a uniformidade na aplicação do carregamento, considerou-se,

primeiramente, que a distribuição das tensões na extensão da amostra seria homogênea.

Entretanto, não foi o que se constatou na prática.

A ruptura ocorreu sempre nos nós, entretanto não necessariamente nos nós dos fios mais

solicitados. Acredita-se que a razão desse último se deve a fenômenos que possam ocorrer

nesses pontos, além da tração, como por exemplo, um possível atrito horizontal originado do

contato entre os fios.

O fato do colapso ocorrer sempre nos nós sugere que há ruptura por cisalhamento do fio

nesses pontos, possivelmente potencializado por microfissuras decorrentes do processo de

flexotorção plástica na fabricação das malhas.

A aplicação de extensômetros ópticos nos experimentos permitiu maior conhecimento

sobre o modo de funcionamento e as possibilidades de aplicação dos sensores FBG, uma técnica

relativamente recente, que se mostra promissora no monitoramento da integridade de estruturas

em campo e que se mostrou bastante compatível aos resultados da já consolidada técnica de

extensometria elétrica de resistência, com uma forte correlação linear entre os dados das

mesmas. Dessa forma, acredita-se que seja possível a utilização dos sensores FBG como

dispositivos de alarme em campo, apesar de serem necessários estudos mais aprofundados para

132

confirmar essa aplicação, como por exemplo, em ensaios em verdadeira grandeza utilizando

essa técnica.

No caso de uma aplicação em campo, sugere-se a utilização de fibras protegidas com

polímeros de alta resistência, pois as fibras nuas, como as utilizadas nos ensaios, são bastante

frágeis. Deve-se atentar também para não permitir que os cabos apresentem pequenas

curvaturas, pois há possibilidade de perda de sinal. Outro ponto importante é a especificação da

deformabilidade do sensor, que deve ser compatível com as solicitações esperadas. E por fim,

recomenda-se que nos ensaios de laboratório sejam utilizados um sensor para cada fibra, ou

arrays fabricados sob encomenda, permitindo a melhor utilização do espectro útil dos

interrogadores ópticos.

Em uma possível aplicação em campo, sugere-se que os extensômetros ópticos sejam

aplicados na malha no momento da instalação da mesma, antes da aplicação da pré-tensão nos

chumbadores. Uma vantagem dessa instalação inicial seria a possibilidade de monitorar o

processo executivo, verificando-se inclusive o pré-tensionamento do sistema.

Este trabalho não extingue a necessidade de se estudar o comportamento das malhas de aço

utilizadas na estabilização de taludes. Recomenda-se assim para estudos futuros:

• A análise da influência do tamanho da amostra nos resultados dos ensaios, com a

elaboração de uma tabela com os valores esperados de resistência à tração para cada

faixa de tamanho de amostra onde há alterações significativas de resultados até um

valor a partir do qual essas variações sejam desprezíveis;

• A realização de outros tipos de ensaios com instrumentação aplicada no fio de aço,

como ensaios de punção e em verdadeira grandeza (utilizando instrumentação

óptica);

• O aprofundamento do estudo dos sensores ópticos como elemento de

monitoramento da integridade do material, atentando para as recomendações

fornecidas neste trabalho, como por exemplo, a utilização de sensores com maior

deformabilidade e com a fibra revestida por materiais que conferem a mesma uma

maior proteção;

• A avaliação por microscopia eletrônica de varredura (MEV) das seções de ruptura

para melhor entendimento do fenômeno;

• A análise do processo de dobramento do fio de aço:

o Avaliando a influência das dobras na resistência do sistema, se possível,

quantificando a perda de resistência conferida pela deformação permanente;

133

o Verificando se durante o processo há formação de microfissuras no

material, e em caso positivo, avaliando se essas descontinuidades interferem

na resistência à corrosão do mesmo;

o Estudando se existem outras configurações possíveis para a dobra, de forma

a garantir maior resistência ao material;

• A adaptação do conjunto prensa/moldura para realização de ensaios com amostras

com fio de aço de 4 mm de diâmetro;

• A realização de ensaios com amostras de outros tipos de malha de aço,

desenvolvendo um procedimento que se aplique a esses materiais como um todo,

possibilitando a contribuição em um possível processo de normatização futuro.

134

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT. NBR 10514 Redes de aço com malha hexagonal de dupla torção, para confecção de gabiões – Especificação. Rio de Janeiro, 1988.

ABNT. NBR 11682: Estabilidade de encostas. Rio de Janeiro, 2009. ABNT. NBR 8964: Arames de aço de baixo teor de carbono, revestidos, para gabiões e

demais produtos fabricados com malha de dupla torção. Rio de Janeiro, 2013a. ABNT. NBR 10118: Tela de arame zincado de simples torção — Especificação. Rio de

Janeiro, 2013b. ARTIÈRES, O.; GALIANA, M.; ROYET, P.; BECK, Y.-L.; CUNAT, P.; COURIVAUD, J.-

R.; FRY, J.-J.; FAURE, Y. H. e GUIDOUX, C. Fiber optics monitoring solution for canal dykes. PIANC MMX Congress Liverpool, UK, 2010.

ASTM. A 975: Standard Specifications for Double-Twisted Hexagonal Mesh Gabions and

Revet Mattresses (Metallic-Coated Steel Wire or Metallic-Coated Steel Wire with Poly (Vinyl Chloride) (PVC) Coating), EUA, 2003.

AUGUSTO FILHO, O. Escorregamentos em encostas naturais ocupadas: análise e controle. In:

Curso de Geologia aplicada ao Meio Ambiente. Série Meio Ambiente. São Paulo: ABGE/IPT, p. 96 – 115, 1992.

BALBINOT, A. e BRUSAMARELLO, V. J. Instrumentação e Fundamentos de Medidas.

2. ed., vol. 2. Rio de Janeiro: LTC, 492 p., 2011. BANCO MUNDIAL. Avaliação de Perdas e Danos: Inundações e Deslizamentos na Região

Serrana do Rio de Janeiro - Janeiro de 2011. Brasília: Gráfica e Editora Executiva, 63 p., 2012a.

BANCO MUNDIAL. Avaliação de Perdas e Danos: Inundações Bruscas em Santa

Catarina - Novembro de 2008. Brasília: Gráfica e Editora Executiva, 59 p., 2012b. BELGO BEKAERT ARAMES. Gabiões Belgo: Informe Técnico. Disponível em

http://www.belgobekaert.com.br/Produtos/Documents/Folder-Gabiao.pdf [capturado em 02 de maio de 2015].

BERTOLO, P.; OGGERI, C.; PEILA, D. Full-scale testing of draped nets for rock fall

protection. In: Canadian Geotechnical Journal, v. 46, n. 3, p. 306-317, 2009. BLANCO-FERNANDEZ, E.; FRESNO, D.; DÍAZ, J. D. C. e DÍAZ, J. Field measurements of

anchored flexible systems for slope stabilisation: evidence of passive behavior. In: Engineering Geology, v. 153, p. 95-104, 2013.

135

BLANCO-FERNANDEZ, E.; FRESNO, D.; DÍAZ, J. D. C. e LOPEZ-QUIJADA, L. Flexible systems anchored to the ground for slope stabilization: critical review of existing design methods. In: Engineering Geology, v. 122, n. 3, p. 129-145, 2011.

BORDA GOMES, D. M. Correlações entre precipitação, movimentos, piezometria e

fatores de segurança em encostas coluvionares em regiões tropicais. Dissertação de Mestrado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 65 p., 1996.

BRÄNDLEIN, P. e DEPPISCH, J. Tensile tests on high-tensile steel wire mesh TECCO

G65/3 mm in comparison to a hexagonal wire mesh 80 x 100/3 mm with wire rope 8mm. Test report BBW4 0548034/02, Alemanha, 2005.

BRASIL. Ministério da Integração Nacional. Secretaria Nacional de Defesa Civil. Centro

Nacional de Gerenciamento de Riscos e Desastres, Anuário brasileiro de desastres naturais: 2011. Brasília, 80 p., 2012.

BRESSANI, L. A. Escorregamentos de terra: Alguns conceitos básicos. Departamento de

Engenharia Civil, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. Disponível em: http://www.inpe.br/crs/crectealc/pdf/bressani _ceos.pdf [capturado em 20 de outubro de 2013].

BRIANÇON, L.; NANCEY, A.; ROBINET, A. e VOET, M. Set up of a warning system

integrated inside a reinforced geotextile for the survey of railway. In: 8th International Conference on Geosynthetics, Yokohama, Japan, p. 857-860., 2006.

BRUNNER, F. K.; WOSCHITZ, H. e MACHEINER, K. Monitoring of deap-seated mass

movements. In: 3rd International Conference on Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure, Vancouver, Canadá, 2007.

BUENO, B. S. e VILAR, O. M. Propriedades, Ensaios e Normas. In: VERTEMATTI, J. C.

Manual Brasileiro de Geossintéticos. São Paulo: Edgar Blücher, 2004. CALA, M.; FLUM, D.; RODUNER, A.; RÜEGGER, R. e WARTMANN, S. TECCO® Slope

Stabilization System and RUVOLUM® Dimensioning Method. AGH University of Science and Technology, 240 p., 2012.

CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações. Vol. 2, 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 498

p., 2008. CARDOSO, A. S. Acerca do funcionamento dos sistemas flexíveis usados na estabilização de

taludes em maciços alterados. In: Geotecnia, nº 128, pp. 87-101, 2013. CARVALHO, M. C. Redes de Bragg em Fibras Ópticas Poliméricas (FOP). Tese de

Doutorado. Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 305 p., 2010. CASTRO, A. L. C. de. Manual de desastres: Desastres Naturais. Vol I. Brasília: Ministério

da Integração Nacional, 2003. CHIOSSSI, N. J. Geologia de Engenharia. 3. Ed. São Paulo: Oficina de Textos, 424 p., 2013.

136

CRUDEN, D. M. e VARNES, D. J. Landslide types and processes. In: Landslides -

Investigation and Mitigation. Special Report 247. Washington: Transportation Research Board, pp. 36–75, 1996.

DAS, B, M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. São Paulo: Thomson Learning, 577

p., 2007. DUFFY, J. D.; SMITH, D. D. Field tests and evaluation of rockfall restraining nets. In:

Proceedings of the 41st Annual Highway Geology Simposium, México, 1990. DUNCAN, R. G. e RAUM, M. T. Characterization of a fiber-optic shape and position sensor.

In: Proc. SPIE 6167, Smart Structures and Materials 2006: Smart Sensor Monitoring Systems and Applications, 2006.

DUNNICLIFF, J. Geotechnical Instrumentation for monitoring field performance. New

York: Wiley Interscience, 577 p., 1988. EN 14490. Execution of special geotechnical works – Soil nailing. European Committee for

Standardization, 2010. FAY, L.; AKIN, M. e SHI, X. Cost-effective and Sustainable Road Slope Stabilization and

Erosion Control. Transportation Research Board, 70 p., 2012. FERNANDES, C. P. e AMARAL, C. P. Movimentos de massa: uma abordagem geológico-

geomorfológica. In: Geomorfologia e meio ambiente. Cap. 3. Rio de Janeiro: Bertrand do Brasil, 1996.

FREITAS, N. C. de. Estudo dos movimentos de um colúvio no Sudeste brasileiro.

Dissertação de Mestrado. COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 106 p., 2004. FRESNO, D. C. Estudio y analisis de las membranas flexibles como elemento de soporte

para la estabilizacion de taludes y laderas de suelos y/o materiales sueltos. Tese de doutorado. Universidade de Cantabria, Espanha, 314 p., 2000.

FUTAI, M. M.; ALMEIDA, M. S. S. e LACERDA, W. A. Evolução de uma voçoroca por

escorregamentos retrogressivos em solo não-saturado. In: Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas. Salvador. IV COBRAE, v. 1, pp. 443-452, 2005.

GEOBRUGG. TECCO® estabiliza taludes suscetíveis a intemperismos, previve rupturas e

se ajusta perfeitamente à natureza. Encarte técnico, 2014a. GEOBRUGG. Barreiras flexíveis contra deslizamento superficial: Proteção econômica

contra riscos naturais. Encarte técnico, 2014b. GEOBRUGG. High-tensile steel wire mesh TECCO® G65/2. Technical data sheet, 2013b. GEOBRUGG. High-tensile steel wire mesh TECCO® G65/3. Technical data sheet, 2013a.

137

GEO-RIO. Coleção manual técnica de encostas: Investigações e análises. 2 ed. Rio de Janeiro, 253 p., 2000.

GEO-RIO. Manual Técnico de Encostas. Rio de Janeiro. v.1, 518 p., 2013. GEO-SLOPE. Stability Modeling with SLOPE/W: An engineering methodology. Canada:

GEO-SLOPE International Ltd., 250 p., 2013. GOMES, C. L. R. Retroanálise em estabilidade de taludes em solo: metodologia para

obtenção dos parâmetros de resistência ao cisalhamento. Dissertação de Mestrado. UNICAMP. Campinas, 167 p., 2003.

GOMES, G. C. Sensores ópticos com base em grades de Bragg em fibra para

monitoramento de temperatura e de índice de refração. Dissertação de Mestrado, Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 100 p., 2011.

GUIDICINI, G. e NIEBLE, C. M. Estabilidade de Taludes Naturais e de Escavação. São

Paulo: 2a ed. Edgard Blücher. 194 p., 1984. HIGHLAND, L. M. e BOBROWSKY, P. The landslide handbook – A guide to

understanding landslides. Virginia: U.S. Geological Survey Circular 1325, 129p., 2008. HILL, K.O. e MELTZ, G. Fiber Bragg grating technology fundamentals and overview. In:

Journal of Lightwave Technology, vol. 15, p. 1263–1276., 1997. HO, Y. T.; HUANG, A. B. e LEE, J. T. Development of a fibre Bragg grating sensored ground

movement monitoring system. In: Measurement Science and Technology, Vol. 16, p. 1733-1740, 2006.

HOEK, E. e BRAY, J. W. Rock Slope Engineering. London: Inst. Min. Metall, 1974. HOEK, E. e LONDE, P. The design of rock slopes and foundations. In: General Report on

Theme III. Proc. Third Congress Intnl. Soc. Rock Mech., Denver. 1(A), pp. 613-752, 1974.

HOEK, E. Factor of safety and probability of failure. In: Practical Rock Engineering. Canada,

2007. HUAFU, P.; PENG, C.; JIANHUA, Y.; HONGHU, Z.; XIAOQING, C.; LAIZHENG, P. e

DONGSHENG, X. Monitoring and warning of landslides and debris flow using an optical fiber sensing technology. In: Journal of Mountain Science, Volume 8, Number 5, p. 728, 2011.

HUTCHINSON, J. N. Morphology and Geotechnical parameters of landslides in relation to

geology and hydrogeology. In: Proceedings of V International Symposium of Landslides, pp. 3-35, 1988.

138

INAUDI, D. State of the Art in Fiber Optic Sensing Technology and EU Structural Health Monitoring Projects. In: First International Conference on Structural Health Monitoring and Intelligent Infrastructure, Tokyo, Japan, 2003.

JUSTO, J. L.; CASTRO, D.; AZAÑÓN, J. M.; SAURA, J.; DURAND, P.; ROMERO, E. e

JUSTO, E. Environmental and mechanical aspects of an anchored mesh for stabilisation of a cliff at La Alhambra. In: Bulletin of Engineering Geology and the Environment, v. 73, n. 2, p. 667-685, 2014.

JUSTO, J. L.; SAURA, J.; CASTRO, D.; AZAÑÓN, J. M.; MORALES, A.; VÁZQUEZ, N. e

JUSTO, E. Restauración del Tajo de San Pedro en La Alhambra de Granada. Aspectos de cálculo. In: Informes de la Construcción, v. 61, n. 514, p. 81-92, 2009.

KERSEY, A. D.; DAVIS, M. A.; PATRICK, H. J.; LEBLANC, M.; KOO, K. P.; ASKINS, C.

G.; PUTNAM, M. A. e FRIEBELE, E. J. Fiber Grating Sensors. In: Journal of Lightwave Technology, Vol. 15, pp. 1442-1463, 1997.

KOPPE, J. C. Novas tendências no estudo de estabilidade de taludes e sua aplicabilidade

na definição das cavas de mineração. Departamento de Engenharia de Minas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. Disponível em: https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/58417/mod_folder/content/0/Presentation2.ppsx?forcedownload=1 [capturado em 18 de outubro de 2013].

KYOWA. Displacement Transducers. Disponível em https://www.kyowa-ei.co.jp/

english/products/sensors/displacement/pdf/2-125.pdf [capturado em 23 de abril de 2015], 2015a.

KYOWA. How strain gages work. Disponível em https://www.kyowa-ei.co.jp/english/

products/sensors/displacement/pdf/2-125.pdf [capturado em 28 de abril de 2015], 2015b. LALLY, E. M.; REAVES, M.; HORRELL, E.; KLUTE, S. e FROGGATT M. E. Fiber optic

shape sensing for monitoring of flexible structures. In: Proc. SPIE 8345, Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems, 83452Y, April 26, 2012.

LEE, J. T.; TIEN, K. C.; HO, Y. T. e HUANG, A. B. A fiber optic sensored triaxial testing

device. In: Geotechnical Testing Journal, vol. 34, nº 2, 2011. LEIDERMAN, R. Interrogation Methods for Fiber Bragg Grating Strain Sensors. In: SPIE -

The International Society for Optical Engineering, v. 3666, p. 554-560., 1999. LEROUEIL, S. Natural slopes and cuts: movement and failure mechanisms. Geotechnique, v.

51, n. 3, p. 197-243, 2001. MACCAFERRI. Sistemas contra a queda de rochas: Necessidades e Soluções. Encarte

técnico, 19 p., 2011.

139

MATTOS, K. C. A. Processos de instabilização em taludes rodoviários em solos residuais arenosos: Estudo na rodovia Castello Branco (SP 280), km 305 a 313. Dissertação de Mestrado. USP. São Carlos, 126 p., 2009.

MELLO, M. A. A consolidação profunda radial aplicada em solo compressível na Lagoa

Rodrigo de Freitas/RJ. Dissertação de Mestrado, Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 210 p., 2013.

MOORE, J. R.; GISCHIG, V.; BUTTON, E. e LOEW, S. Rockslide deformation monitoring

with fiber optic strain sensors. In: Natural Hazards and Earth System Sciences, Geological Institute, Swiss Federal Institute of Technology (ETH), Zurich, Switzerland, p. 191 - 2001, 2010.

NACINOVIC, M. G. G. Estudo de erosão pela análise de sucção e escoamento superficial

na bacia do Córrego Sujo (Teresópolis, RJ). Dissertação de Mestrado. COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 167 p., 2009.

NATIONAL INSTRUMENTS. Fundamentals of FBG Optical Sensing. Disponível em

http://www.ni.com/white-paper/11821/en/ [capturado em 03 de maio de 2015]. ONU. Fatos sobre desastres. In: RIO + 20: O FUTURO QUE QUEREMOS, Rio de Janeiro,

2 p., 2012. OTOYA, C. E. P. Modelagem geológica e estrutural 3D e análise de estabilidade de taludes

2D em minas a céu aberto pelo método SRM (Synthetic Rock Mass). Dissertação de Mestrado, PUC-Rio, Rio de Janeiro, 147 p., 2011.

PACHECO, C. J. Aplicação de materiais com magnetostricção gigante em sensores de

deslocamento sem contato. Dissertação de Mestrado. PUC-Rio, Rio de Janeiro, 70 p., 2007.

PECKOVER, F. L. e KERR, J. W. G. Treatment of rock slopes on transportation routes. In:

Presented at the 29th Canadian Geotechnical Conference, Session I, October 13-16, 1976, in Vancouver, British Columbia. 1976.

PHEAR, A.; DEW, C.; OZSOY, B.; WHARMBY, N.J.; JUDGE, J. e BARLEY, A.D. Soil

mailing - best practice guidance. Rep. Nº. C637. CIRIA, London, 2005. QUEIROZ, R.C. e GAIOTO, N. Taludes em solos naturais. Mesa redonda: Solos do Interior

de São Paulo, ABMS/Departamento de Geotecnia da Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, p. 207-242, 1993.

QUINTERO, S. M. M. Aplicações de sensores a rede de Bragg em fibras ópticas na medição

de pH e deformação de filmes finos. Dissertação de Mestrado. PUC-Rio, Rio de Janeiro, 106 p., 2006.

ROCHA, R. P. O. Instrumentação geotécnica com fibra ótica: monitoramento de frente de

umedecimento e análise da variação do grau de saturação em solos arenosos. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 113 p., 2011.

140

RODUNER, A. Tension test method for chain link wire mesh. Geobrugg, 4 p., 2011. SASIHARAN, N.; MUHUNTHAN, B.; BADGER, T. C.; SHU, S. e CARRADINE, D. M.

Numerical analysis of the performance of wire mesh and cable net rockfall protection systems. Engineering geology, v. 88, n. 1, p. 121-132, 2006.

SASSA, K. The geotechnical classification of landslides. In: Proceedings of IV International

Conference and Field Workshop on Landslides, Tóquio, p. 31-40, 1985. SCHUSTER, R. L. & HIGHLAND L. M. Socioeconomic and environmental impacts on

landslides in the Western Hemisphere. In: Proceedings of the Third Pan-American Symposium on Landslides, Cartagena, Colombia, 886 p., 2001.

SHU, S.; MUHUNTHAN, B.; BADGER, T. C. e GRANDORFF, R. Load testing of anchors

for wire mesh and cable net rockfall slope protection systems. In: Engineering geology, v. 79, n. 3, p. 162-176, 2005.

SILVA, S. R. B. da. Obras emergenciais na faixa do Gasoduto Brasil-Bolívia durante as chuvas

de Novembro/dezembro de 2008 no Vale do Itajaí - SC. In: Desastres Naturais [CD-ROM]: susceptibilidade e riscos, mitigação e prevenção, gestão e ações emergenciais. Rio de Janeiro: COPPE/UFRJ, 2012.

TORRES VILA, J. A. Cálculo y diseño de sostenimientos mediante red de cables anclada.

Sistema Pentifix. Jornada Técnica Soluciones Flexibles en el Tratamiento de Taludes, Granada, 1999.

TURNER, A. K. e SCHUSTER, R. L. Landslides: Investigation and mitigation. Special

Report 247, Transportation Research Board, Washington: 673 p., 1996. UFSC. Atlas brasileiro de desastres naturais 1991 a 2010: volume Brasil. Centro

Universitário de Estudos e Pesquisas sobre Desastres. Florianópolis: CEPED/UFSC, 94 p., 2012.

VARGAS, M. The Concept of Tropical Soils. In: Proceedings of First International

Conference on Geomechanics in Tropical Lateritic and Saprolitic Soils. Brasilia, v. 3, pp.101-134, 1985.

VARNES, D. J. Slope movement: types and processes. In: Landslides – Analysis and Control.

Special Report 176. Washington: Transportation Research Board, pp. 12–33, 1978. VOLKWEIN, A., WENDELER, C. e GUASTI, G. Design of flexible debris flows barriers. In:

Italian Journal of Engineering Geology and Environment - Book. Itália: Casa Editrice Università La Sapienza, p. 1093 – 1100, 2011.

WALKINSHAW, J. Landslide correction costs on U.S. state highway systems. In: Transp.

Res. Record, Transp. Res. Board. Washington D.C.: National Res. Council, pp. 36-41, 1993.

141

WOSCHITZ, H. e BRUNNER, F. K. Monitoring a deep-seated mass movement using a large strain rosette. In: 13th FIG Symposium on Deformation Measurements and Analysis, Lisboa, Portugal, 2008.

XU, D.S. e BORANA, L. Measurement of small strain behavior os a local soil by fiber Bragg

grating-based local displacement transducers. In: Acta Geotecnia, Volume 9, Issue 6, p. 935-943., 2013.

YIN, S.; RUFFIN, P.B. e YU, F.T.S. Fiber Optical Sensors. Boca Raton: CRC Press, 2 ed.,

496 p., 2008.

142

8 ANEXOS

143

8.1 ANEXO 1: DADOS DO FABRICANTE DAS MALHAS DE AÇO ENSAIADAS

Malha TECCO® G65 2 mm

Tamanho da malha x = 83 mm y = 143 mm

Diâmetro inscrito Di = 65 mm

Ângulo da malha ε = 49º

Altura da malha htot = 7 mm Resistência da malha

Resistência a tração da malha Zn = 65 kN/m

Resistência ao puncionamento Dr = 80 kN

Resistência ao cisalhamento (contra a placa) Pr = 40 kN Resistência do fio de aço

Diâmetro do fio de aço d = 2 mm

Tensão de escoamento fy = 1.770 N/mm2

Material: aço-carbono de alta resistência

Resistência a tração do fio de aço Zw = 5,5 kN

144

Malha TECCO® G65 3 mm

Tamanho da malha x = 83 mm y = 143 mm

Diâmetro inscrito Di = 65 mm

Ângulo da malha ε = 49º

Altura da malha htot =11 mm Resistência da malha

Resistência a tração da malha Zn = 150 kN/m

Resistência ao puncionamento Dr = 180 kN

Resistência ao cisalhamento (contra a placa) Pr = 90 kN Resistência do fio de aço

Diâmetro do fio de aço d=3 mm

Tensão de escoamento fy=1.770 N/mm2

Material: aço-carbono de alta resistência

Resistência a tração do fio de aço Zw= 12,5 kN

145

8.2 ANEXO 2: DESCRIÇÃO DA RESTAURAÇÃO DA PRENSA DE 25 TF

Neste Anexo é apresentado os detalhes da reforma (retrofit) da prensa de 25 tf, conforme

especificado pela equipe de manutenção do equipamento.

RETROFIT

Execução de RETROFIT em Máquina Universal de Ensaios, capacidade de carga até 250

kN, acionamento mecânico, de propriedade do Laboratório da Engenharia Civil do IME, com

instalação de uma “UNIDADE SERVO-CONTROLADA PARA ACIONAMENTO DE

MÁQUINA PARA ENSAIOS FÍSICOS EM MATERIAIS” Modelo USC – M / 25,

dedicada e específica para realização de ensaios de Compressão, Tração e Flexão em corpos de

prova de materiais diversos, com as seguintes especificações técnicas:

1. Unidade Servo Controlada com acionamento eletromecânico servo assistido, totalmente

automatizada, informatizada e customizada para a Máquina Universal Mecânica,

capacidade de 250 kN, com as seguintes características:

a) Servo motor tipo “brushless” com as seguintes caracteríticas básicas:

• FCEM senoidal.

• Grau de proteção IP 65.

• Feedback através resolver de 20 bits (1.048.576 ppr)

• Aplicação de média inércia.

• Sobre torque instantâneo até 350%.

• Comunicação digital por MECHATROLINK II

• Resposta dinâmica rápida.

• Baixo nível de ruído e vibração.

2. Painel eletroeletrônico para controle e monitoração, composto por:

a) Disjuntor e chave geral.

b) Sinaleiros e botões comando sobe e desce para aproximação rápida.

146

c) Circuito de segurança operacional, proteções de sobrecarga, sobre corrente e curto-

circuito.

d) Segurança com limitador do curso máximo e mínimo do deslocamento vertical.

3. Hardware composto por:

a) Drive, PLC, Fonte PWM e Controlador de Eixo tipo Servo pack para controle e

monitoração da velocidade e do deslocamento linear vertical através de resolver

de alta resolução.

b) Circuito de interface de comunicação para controle remoto de longa distância

através de comunicação em rede local sem fio (wireless) sendo:

• Wi-Fi no padrão IEEE 802.11n/g/b via Ethernet (wireless);

• Dispositivos de rede local sem fios WLAN, Reg. ANATEL;

• Criptografia de dados via WEP;

• Controle de SSID;

• Firewall SPI

• Placa de comunicação em rede 100/1000, 150Mbps

• Protocolo de comunicação MODBUS/TCP

4. Software operacional com licença para um ou mais computadores, para controle e

monitoração dos ensaios com carregamento/descarregamento progressivo automático,

controle mono tônico axial “ratio control”, controle e monitoramento da velocidade

do deslocamento vertical, programáveis em rampas e patamares com as seguintes

características técnicas básicas:

a. Plataforma de operação: Windows 7;

b. Plataforma de desenvolvimento em LabVIEW;

c. Cadastro dos corpos de prova (CP’s) com as seguintes informações: Identificação

do corpo de prova, origem, tipo, localização, orientação, data do ensaio, natureza do

material, dimensões, peso e ou outros dados.

d. Cadastro de Operador;

147

e. Campos para predeterminação de rampas e patamares (set point) com estabilização

da pressão ou da vazão.

f. Controle total da velocidade do carregamento linear da base móvel (prato superior).

g. Traçado de gráfico online com escolha de ordenada e abscissa;

h. Exportação das leituras dos ensaios em formato “.xls”.

i. Escalas gráficas configuráveis pelo usuário.

j. Mensagem visual de atuação automática do limite máximo superior e inferior do

deslocamento (segurança)

k. Assistente de calibração automático através de interpolação de pontos de leitura com

livre acesso pelo usuário.

5. Célula de carga universal com adaptador para ensaios de tração e compressão com

adaptadores com capacidade para 250 kN, com as seguintes características:

a) Material: Aço Cr/Ni/Mo Níquel químico

b) Erro combinado: ≤ 0,5%

c) Sensibilidade: 2 +/- 0,1% mv/V

d) Zero inicial: saída nominal +/- 1%

e) Excitação VCC ou VCA máxima: 20; Recomendada: 10

f) Creep à capacidade nominal: saída 20 min: < 0,05% 08 hrs: < 0,01

g) Temperatura de trabalho útil (ºC): -5 a + 60

h) Temperatura de trabalho compensada (ºC): 0 a + 50

i) Erro excentricidade conforme OIML: > 1.000 divisões

j) Sobrecarga de ruptura: cap. Nominal 300%

k) Máxima sobrecarga sem alterações: cap. Nominal 150%

l) Resistência de isolação (50 VCC máx.): > 5.000 MΩ

m) Resistência elétrica entrada: 780 +/- 20 Ω

n) Resistência elétrica saída: 700 +/- 2 Ω

o) Deflexão máxima (capacidade nominal): < 2 mm

p) Grau de proteção (IEC 529) IP67

148

8.3 ANEXO 3: PROCEDIMENTO PARA CONFIGURAÇÃO DE UM ENSAIO NO

PROGRAMA “PRENSA UNIVERSAL”

Neste Anexo será apresentado o passo a passo para configuração e execução de um ensaio

na Prensa de 25 tf através do programa “Prensa Universal”.

1. O primeiro passo é conectar-se ao equipamento através da rede wireless “MUM-25Tf”

2. Em seguida, deve-se abrir o software. A tela inicial do programa é apresentada na FIG.

8.4.1.

FIG. 8.3.1 Tela inicial do programa “Prensa Universal”

3. Neste trabalho, considerou-se duas etapas de ensaio. A primeira de pré-carregamento, onde

o corpo de prova é tensionado até uma carga de 400 kgf e a última, a etapa de carregamento

onde o sistema é levado à ruptura através de um deslocamento contínuo a uma taxa de 15

mm/min. Para configuração do roteiro descrito deve-se selecionar o comando “Scripts”. A

tela ilustrada na FIG. 8.4.2 aparecerá no display.

149

FIG. 8.3.2 Gerenciador de Scripts

a) Para adicionar um novo script deve-se selecionar o botão com símbolo de soma (+)

posicionado no canto superior esquerdo da tela. Em seguida, é possível inserir um nome para o

script, neste caso o nome dado foi “Instrução”.

b) Conforme foi citado, o ensaio foi dividido em duas etapas. Dessa forma o script também será

segmentado. Primeiramente, configura-se para um carregamento até 400 kgf. Para tal deve-se

selecionar o tipo de rampa como “Carga”. Para não haver risco de o equipamento desarmar,

optou-se por uma taxa de carregamento de 1kgf/s. O destino, como foi mencionado, é a carga

de 400 kgf, e dessa maneira deve ser configurado. Como após essa etapa o ensaio terá

continuidade, o tipo de estabilização é “Estabilizar”, neste caso por 5 segundos. A FIG. 8.4.3

ilustra a configuração proposta.

FIG. 8.3.3 Configuração de script para etapa de pré-carregamento

150

c) Dando continuidade na configuração do script, seleciona-se o botão () e repete-se o

procedimento. Porém, nesse momento deve-se selecionar como rampa, o deslocamento. A taxa

é de 15 mm/s, também para garantir o funcionamento do equipamento sem que o mesmo

desarme. O destino escolhido deve ser equivalente a um deslocamento superior àquele previsto

até a ruptura da amostra. Conforme ilustra a FIG. 8.4.4, optou-se por inserir o valor 2000 mm.

Esse valor, desde que superior ao valor de deslocamento até a ruptura, não interfere no ensaio,

já que o procedimento é interrompido após o primeiro dano ao sistema. Como o ensaio finaliza

nessa etapa seleciona-se “Parar” como tipo de estabilização.

FIG. 8.3.4 Configuração de script para etapa de carregamento

d) Seleciona-se o botão () novamente e em seguida a opção “Salvar”, conforme ilustra a FIG.

8.4.5.

FIG. 8.3.5 Final de configuração de script para o ensaio

4. Após a configuração do roteiro de ensaio, é preciso adicionar a amostra. Para tal, deve-se

selecionar na tela inicial o comando “Amostras”. E em seguida, o botão “Nova amostra”.

151

Posteriormente, deve-se inserir os dados da nova amostra conforme ilustrado na FIG. 8.4.6

e clicar em “Salvar”.

FIG. 8.3.6 Inserir amostra

5. De acordo com a FIG. 8.4.7, deve-se escolher a amostra que se deseja ensaiar e com a

mesma selecionada (cor azul), clicar no comando “Corpos de Prova”.

FIG. 8.3.7 Selecionar amostra

152

6. Assim como demonstrado na FIG. 8.4.8, pode-se inserir detalhes sobre o corpo de prova.

Porém, neste caso não foi detalhado pois cada amostra possui apenas um corpo de prova.

Após a definição do corpo de prova, deve-se clicar em “Salvar”.

FIG. 8.3.8 Inserir corpo de prova

7. Ao realizar essa ação, o comando “Ensaiar” estará disponível, devendo-se selecionar a

mesma para realização do ensaio de tração com a amostra configurada (FIG. 8.4.9).

FIG. 8.3.9 Configurar do ensaio

153

8. Aparecerá uma tela para seleção do script, então escolhe-se o script configurado. Para

realizar o ensaio, deve-se primeiramente tarar todos os índices na lateral direita (FIG.

8.4.10). Em seguida, selecionar “Iniciar Ensaio”. É possível optar por outro modo de

visualização do gráfico do ensaio, além de “Carga x Tempo”, clicando nos botões

“Selecionar Eixo X” e “Selecionar Eixo Y” na parte inferior da tela.

FIG. 8.3.10 Iniciar ensaio

9. Ocorrido algum dano ao sistema (FIG. 8.4.11), deve-se interromper o ensaio. Aparecerá

uma janela questionando se o usuário deseja reposicionar a prensa. A resposta deverá ser

“Não”.

FIG. 8.3.11 Finalizar ensaio

154

10. Em seguida deve-se clicar em “Sair”, quando o programa direciona para a janela de “Dados

da Amostra” (FIG. 8.4.12), onde nesse momento aparecem as opções “Relatório” e

“Excel”. A primeira opção gera um relatório em “.pdf” reproduzindo o gráfico apresentado

na tela durante o ensaio. A segunda opção exporta todos os dados aquisitados durante o

ensaio para o Excel®, permitindo o tratamento dos mesmos.

FIG. 8.3.12 Gerar relatórios.

11. A frequência de aquisição dos dados padrão é de 1 Hz. Caso seja necessária uma taxa maior

ou menor, é possível alterar através do comando “Configurações” na tela inicial (FIG.

8.4.13). Na mesma tela é possível definir outras configurações, como unidades de exibição

e definição de senha.

FIG. 8.3.13 Configurações do programa.

155

8.4 ANEXO 4: PROJETO DA MOLDURA

Neste Anexo apresenta-se o projeto da moldura sob diversas perspectivas, considerando-

se a configuração final da moldura com dois cabos de aço para sustentação da barra rígida.

FIG. 8.4.1 Projeto da moldura com dimensões.

156

FIG. 8.4.2 Detalhe da estrutura superior da moldura com valores das dimensões.

FIG. 8.4.3 Detalhe da estrutura inferior e lateral da moldura com valores das dimensões.

157

FIG. 8.4.4 Perspectiva frontal.

FIG. 8.4.5 Perspectiva posterior.

158

FIG. 8.4.6 Perspectiva lateral (A) esquerda (B) direita.

FIG. 8.4.7 Perspectiva superior

FIG. 8.4.8 Perspectiva inferior

A B

159

FIG. 8.4.9 Perspectiva isométrica

FIG. 8.4.10 Perspectiva dimétrica

160

8.5 ANEXO 5: PROCEDIMENTO DE COLAGEM DOS EXTENSÔMETROS

Este Anexo apresenta o procedimento de colagem dos strain gages e dos sensores FBG.

8.5.1 STRAIN GAGE

Baseando-se no método proposto por KYOWA (2015b), a colagem dos strain gages seguiu

os seguintes passos:

1) Primeiramente a superfície do fio onde o strain gage foi instalado foi lixada (FIG. 8.5.1);

FIG. 8.5.1 Passo 1: Lixar a superfície.

Fonte: KYOWA (2015b).

2) Em seguida, limpou-se a região utilizando solvente adequado (FIG. 8.5.2);

FIG. 8.5.2 Passo 2: Limpar a superfície com solvente.


3) Aplicou-se a cola específica para o procedimento na parte de trás do strain gage (FIG.

8.5.3);

161

FIG. 8.5.3 Passo 3: Aplicação da cola no strain gage.


4) Com o auxílio de uma película plástica aplicou-se o strain gage na amostra da tela (FIG.

8.5.4);

FIG. 8.5.4 Passo 4: Aplicação do strain gage.


5) Após a secagem da cola retirou-se o plástico e fixou-se os cabos do extensômetro junto

ao fio da malha com uma fita adesiva, preservando a curvatura do mesmo para que não

houvesse interferência na aquisição dos sinais (FIG. 8.5.5);

162

FIG. 8.5.5 Strain gage fixado na superfície.


6) Finalmente, os cabos foram acoplados a conectores fixados na prensa, que por sua vez

estavam ligados no equipamento de aquisição de sinais (FIG 8.5.6 e FIG 8.5.7).

FIG. 8.5.6 Fios dos strain gages acoplados em conectores ligados ao equipamento de

aquisição de sinais.

FIG. 8.5.7 Configuração dos fios no equipamento de aquisição de sinais.

163

8.5.2 FIBER BRAGG GRATING (FBG)

O procedimento de preparação do fio de aço da malha foi o mesmo, porém, no caso dos

extensômetros ópticos, primeiro fixou-se a fibra no fio de aço com fita adesiva e posteriormente

aplicou-se a cola diretamente entre o sensor e o fio de aço, pressionando cuidadosamente com

a película plástica. Em seguida retirou-se a película e repetiu-se o procedimento para os outros

quatro sensores. O resultado da colagem é apresentado na FIG. 8.5.8.

FIG. 8.5.8 Extensômetro óptico colado no fio de aço.

Finalizando, acoplou-se a fibra a um dos canais do interrogador óptico através de um

conector FC/APC e verificou-se a integridade dos sinais utilizando o software Enlight (FIG.

8.5.9).

FIG. 8.5.9 Intensidade dos sinais de fibra óptica.

164

8.6 ANEXO 6: RESULTADOS INDIVIDUAIS DOS ENSAIOS

8.6.1 ENSAIO 1_TIPO I_2 mm

FIG. 8.6.1 Relação “Carga x Deslocamento” – Ensaio 1_Tipo I_2 mm.


prensa – Ensaio 1_Tipo I_2 mm.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)

Carga x DeslocamentoDados do Ensaio Completo

y = 0,9085x - 0,2168R² = 0,9978

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)


Deslocamento Flexímetro x Deslocamento PrensaDados do Ensaio Completo

165





0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,9771x - 0,2483R² = 0,9994

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



166





0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 1,0026x + 1,1709R² = 0,992

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)


Deslocamento Flexímetro X Deslocamento PrensaDados do Ensaio Completo

167





0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,9192x - 0,0257R² = 0,9979

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)


Deslocamento Flexímetro X Deslocamento PrensaDados do Ensaio Completo

168



FIG. 8.6.10 Correlação entre o deslocamento médio dos flexímetros e os valores de leitura da prensa – Ensaio 5_Tipo I_2 mm.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,9342x - 0,2916R² = 0,9977

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



169

8.6.6 ENSAIO 6_TIPO II_2 mm

FIG. 8.6.11 Relação “Carga x Deslocamento” – Ensaio 6_Tipo II_2 mm.



0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,9209x - 0,2112R² = 0,997

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)

Deslocamento prensa (mm)


170

FIG. 8.6.13 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 6_Tipo II_2 mm (Completo).

FIG. 8.6.14 Relação “Carga x Deformação” Ensaio 6_Tipo II_2 mm (Etapa III).

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)

Deformação (µmm/m)

Carga x DeformaçãoDados do Ensaio Completo

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-H

EER-I

EER-K

EER-L

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00

Car

ga (k

N)


Carga x DeformaçãoDados da Etapa III de carregamento

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-H

EER-I

EER-K

EER-L

171


amostra.



172




prensa – Ensaio 7_Tipo II_2 mm.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,9771x - 0,3857R² = 0,9989

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



173



0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 2000,00 4000,00 6000,00 8000,00

Car

ga (k

N)


Carga x DeformaçãoDados dos Ensaios Completos

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-H

EER-I

EER-K

EER-L

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)


Carga x DeformaçãoDados da Etapa III de carregamento

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-H

EER-I

EER-K

EER-L

174


amostra.



175





0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 1,0108x - 0,3077R² = 0,9994

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



176



0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 1500,00 3000,00 4500,00 6000,00 7500,00

Car

ga (k

N)



EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

EER-L

EER-N

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00

Car

ga (k

N)


Carga x DeformaçãoDados da Etapa III de Carregamento

EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

EER-L

EER-N

EER-O

177


amostra.



178





0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,8645x - 0,0672R² = 0,9965

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



179





0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,7558x + 0,7671R² = 0,9975

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



180





0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,4628x + 1,0605R² = 0,864

-10,00

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



181





0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,623x + 0,5718R² = 0,9926

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



182





0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,4879x + 0,7552R² = 0,9924

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



183





0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,9458x + 0,2204R² = 0,9982

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



184



0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

-1000,00 0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)


Carga x DeformaçãoDados do Ensaio completo

EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

EER-L

EER-M

EER-N

EER-O

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

-1000,00 0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)


Carga x DeformaçãoDados da Etapa III do carregamento

EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

EER-L

EER-M

EER-N

EER-O

185


amostra.



186





0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,9245x - 0,3085R² = 0,9988

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



187



0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

-1000,00 0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)


Carga x Deformação Dados do Ensaio Completo

EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

EER-L

EER-M

EER-N

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

-1000,00 0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)


Carga x Deformação Dados da Etapa III de Carregamento

EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

EER-L

EER-M

EER-N

188


amostra.



189





0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00

Car

ga (k

N)

Deslocamento (mm)


y = 0,9312x - 0,3634R² = 0,9984

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00

Des

loca

men

to M

édio

Fle

xím

etro

s (m

m)



190



0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

-1000,00 0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)



EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

EER-L

EER-M

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

-1000,00 0,00 1000,00 2000,00 3000,00 4000,00 5000,00 6000,00 7000,00

Car

ga (k

N)


Carga x DeformaçãoDados da Etapa III do carregamento

EER-A

EER-B

EER-C

EER-D

EER-E

EER-F

EER-G

EER-H

EER-I

EER-J

EER-K

EER-L

EER-M

191


amostra.



192

8.7 ANEXO 7: DEFORMAÇÕES ÚLTIMAS DOS ENSAIOS TIPO II

TAB. 8.7.1 Deformações últimas – Dados Completos. Deformações Últimas (µm/m) - Ensaios Tipo II - Dados Completos

Amostras de 2 mm Amostras de 3 mm

Ensaio 6 Ensaio 7 Ensaio 8 Ensaio 6 Ensaio 7 Ensaio 8 EER-A - - 5019,50 4583,46 5059,70 4825,01 EER-B 5269,79 6768,18 5937,69 4645,95 5246,29 5291,94 EER-C 5891,35 5974,17 5926,11 5650,07 6080,70 5791,48 EER-D 5790,84 4908,22 5793,04 5357,22 4909,05 5592,48 EER-E 6218,42 5462,58 3859,38 5491,57 5753,51 5680,87 EER-F - - 4349,10 5818,27 4931,15 4992,37 EER-G - - 4037,57 5930,73 5099,72 4675,32 EER-H 5424,02 6131,19 5179,90 6093,44 5781,41 5644,42 EER-I 5304,87 5254,35 5272,57 5470,99 5034,17 5658,63 EER-J - - 4028,42 5108,49 4721,05 4975,83 EER-K 5876,85 5995,61 6252,05 5780,95 5469,53 5335,60 EER-L 6164,95 5451,39 5860,47 5942,43 5863,62 5297,27 EER-M - - - 4629,63 4376,88 5312,48 EER-N - - 4432,47 4743,63 4581,57 4486,10 EER-O - - 5112,16 4986,66 4961,94 - EER-P - - 4143,33 5068,78 4991,84 5212,02

TAB. 8.7.2 Deformações últimas – Dados da Etapa III. Deformações Últimas (µm/m) - Ensaios Tipo II - Dados da Etapa III

Amostras de 2 mm Amostras de 3 mm

Ensaio 6 Ensaio 7 Ensaio 8 Ensaio 6 Ensaio 7 Ensaio 8 EER-A - - 4393,42 4552,42 4648,57 4564,66 EER-B 4658,32 6185,45 5529,98 4598,02 4864,59 5009,23 EER-C 5438,70 5212,85 5471,92 4485,88 5843,38 5748,15 EER-D 5260,35 4146,31 5234,43 4963,58 4498,36 5403,35 EER-E 5685,50 4642,50 3155,58 4838,60 5867,56 5503,49 EER-F - - 3861,32 5350,67 4676,80 4511,97 EER-G - - 3429,96 5167,15 4604,21 4349,10 EER-H 5041,99 5512,85 4757,23 5635,34 5551,19 5428,08 EER-I 4712,71 4470,86 4737,32 5555,58 4801,15 5229,51 EER-J - - 3487,29 4231,36 4731,09 4892,45 EER-K 5357,67 5245,58 5601,20 5289,54 5214,18 4915,61 EER-L 5637,23 4820,85 5297,54 5686,29 5794,08 4976,62 EER-M - - - 4426,30 4076,34 4890,49 EER-N - - 4164,35 4190,35 4560,87 4420,22 EER-O - - 4485,34 4628,93 4685,33 - EER-P - - 3602,76 4405,86 4909,61 4857,99

193