Tópicos Especiais de Mecânica dos Solos - EcivilUFES · PDF fileTópicos Especiais de Mecânica dos Solos Estruturas de Contenção de Solo Reforçado.....

Tópicos Especiais de Mecânica dos Solos

Estruturas de Contenção de Solo Reforçado

PROFESSOR:

BRUNO TEIXEIRA DANTAS

Objetivo Geral

• Desenvolver habilidades, competências e atitudes necessárias à compreensão e à análise do comportamento, bem como ao dimensionamento, de ECSR

Programa da Disciplina

• COMPORTAMENTO DE ECSR

• MÉTODOS DE ANÁLISE DE ECSR

• DIMENSIONAMENTO DE ECSR

Comportamento de ECSR

Face Região Região

Reforçada Não Reforçada

Fundação

• CONCEITOS BÁSICOS

• Tipos de Reforços

– Metálicos

• Tiras

• Grelhas ou Telas

– Geossintéticos

• Geotêxteis: Tecido e Não-Tecido – Polímeros comuns: Poliéster (PET), Polipropileno (PP),

Polietileno (PE) e Álcool de Polivinila (PVA)

• Geogrelhas – Polímeros comuns: Polietileno de Alta Densidade (PEAD),

Poliéster (PET), Álcool de Polivinila (PVA), Aramida (AR)


• Reforços Metálicos


Soloreforcado.com.br vsl.com

• Geossintéticos


Ehrlich e Becker (2009)

• Geossintéticos


huesker.com

• Deformabilidade e Fluência de Reforços

– Resistência à tração confinada e não confinada

– Resistência não confinada:

• Ensaio de tração de faixa larga: amostra de 200mm largura por 100mm de comprimento;

• ABNT – NBR 12824/93.

– Rigidez do reforço (kN/m):

• Jr = Tr / er

• Tangente inicial, secante à origem (p.e. 2% deformação) ou para a tensão de ruptura





– Fluência:

• Tendência de o material sofrer deformações crescentes no decorrer do tempo, quando submetido a um carregamento de intensidade constante.

• Depende do tipo de polímero, da estrutura do geossintético, da intensidade do carregamento e da temperatura

– Relaxação:

• Ocorre quando um material é submetido a uma deformação constante ao longo do tempo e as tensões internas sofrem redução.



– Ruptura por Fluência:

• Ruptura, após algum tempo, com uma carga menor do que sua resistência à tração de curto prazo, determinada pelo ensaio de faixa larga (geossintéticos).

– Ensaios de laboratório:

• Temperatura controlada, sem confinamento

• Confinamento: altera as propriedades de fluência dos geotêxteis não tecido.

• ABNT – NBR 15226/05





– Minimizar o efeito de fluência:

• limitar a deformação ou a tensão no reforço

– Deformação a ser adotada para o reforço:

• Depende da responsabilidade da obra, das propriedades do solo e das deformações toleráveis para a estrutura

– Polímeros mais suscetíveis em ordem crescente:

• Poliéster, Polipropileno e Polietileno.

• Efeito de temperatura: relevante para a fluência do Polipropileno.



• Mecanismo de interação solo-reforço


• Mecanismo de interação solo-reforço



• CONCEITOS BÁSICOS

Zona

Ativa

Zona

Resistente

Superfície Potencial de

Ruptura

Tmáx

Ponto de

Máxima Tração

(a) (b)

Face

Reforço


• DIMENSIONAMENTO - FATORES INTERNOS:

– RUPTURA E ARRANCAMENTO DOS REFORÇOS

– DESLOCAMENTOS

– FIM DE CONSTRUÇÃO E FIM DA VIDA ÚTIL

• DIMENSIONAMENTO - FATORES EXTERNOS:

– DESLIZAMENTO E TOMBAMENTO DA ESTRUTURA

– CAPACIDADE DE CARGA DA FUNDAÇÃO

– RUPTURA GLOBAL


• PRINCIPAIS ASPECTOS DEFINIDOS NO DIMENSIONAMENTO:

– A MÁXIMA SOLICITAÇÃO,

– O COMPRIMENTO,

– A DISPOSIÇÃO E

– A DURABILIDADE DOS REFORÇOS.


• PROPRIEDADES CORRENTEMENTE REQUERIDAS PARA O SOLO DA REGIÃO REFORÇADA

Percentagem passando

Tamanho de Partícula

(Peneira)

Paredes Verticais

(até 70º de

inclinação)

Taludes Abatidos

(inclinação inferior a

70º)

102 mm (4”) 100

20 mm 100

4,76 mm (No.4) 100 – 20

0,425 mm (No. 40) 0 – 60 0 – 60

0,075 mm (No. 200) 0 – 15 0 – 50

Índice de Plasticidade (IP) 6 20

(ELIAS et al. 2001)


• SOLOS FINOS BRASILEIROS DE ORIGEM RESIDUAL

Granulometria (%) L. Atterberg (%) Proctor Normal

Local <2mm <20mm <2mm LL IP wótima

(%)

gd máx

(kN/m3)

1 36 54 100 45 19 20 15,6

2 31 55 100 59 31 22 15,5

(EHRLICH et al. 1994)


• INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DO REFORÇO NO ESTADO DE TENSÕES E DESLOCAMENTOS

v

v

h h

reforços condição

deformada



(ELIAS et al. 2001)



JABER (1989)


• INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO


• INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO


• INFLUÊNCIA DA RIGIDEZ DA FACE

Reforço

Tmáx

Reforço

Tmáx

(a) Face Rígida (b) Face Flexível

Métodos de Análise de ECSR

• FUNDAMENTOS

Zona Ativa

Sv

Face Reforços

Ponto de Máxima

Tração no Reforço

T

h

Fatia Horizontal (apenas esforços horizontais são mostrados)

Plano vertical passando pelo

ponto de máxima tração


• SEQÜÊNCIA CONSTRUTIVA – ELIAS et al. (2001)








• FACES AUTOENVELOPADAS

Fotos: Catálogo Polyfelt

Catálogo Huesker


• FACES COM BLOCOS INTERTRAVADOS

Terrae


• MÉTODO DA MASSA COERENTE – TERRA ARMADA

(Mitchell e Villet, 1987)



(Mitchell e Villet, 1987)



e

2e

Lr

Ka

z / 3

z

z

g z² / 2

g Lrz

g Lrz

e =Ka

Lr6

z²

Diagrama de Empuxo Ativo

2

31

2

r

a

z

r

rz

L

zK

z

eL

Lz

g

g

TENSÃO VERTICAL

Distribuição de Meyerhof (1953)


• MÉTODO DA MASSA COERENTE – ELIAS et al. (2001)

z

SSKT

v

hvvr

g



(Ehrlich e Becker, 2009)

REFORÇO EXTENSÍVEL REFORÇO INEXTENSÍVEL


• RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO – ELIAS et al. (2001)



• RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO POR UNIDADE DE LARGURA DO REFORÇO:

Pr = F* . a . v . Le . C

F* = FATOR DE RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO

a = FATOR DE CORREÇÃO DO FATOR DE ESCALA

V = TENSÃO VERTICAL EFETIVA NA INTERFACE SOLO-REFORÇO

Le = COMPRIMENTO DO REFORÇO NA ZONA RESISTENTE

C = No. DE FACES DO REFORÇO QUE EFETIVAMENTE CONTRIBUEM NA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO (C = 2)



• VALORES DE REFERÊNCIA PARA OS PARÂMETROS DA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO (SOLOS FRICCIONAIS):

a = 1 (MÉTALICOS)

a = 0,8 (GEOGRELHAS)

a = 0,6 (GEOTÊXTEIS)




TIRAS METÁLICAS COM MOSSAS

TOPO: F* = 1,2 + LOG Cu (Cu = D60 / D10)

PROF. ≥ 6 m : F* = TAN f

PARA Cu DESCONHECIDO, VALOR SUGERIDO: Cu = 4 (F* = 1,8)

TIRAS METÁLICAS LISAS

F* = TAN f




GRELHAS METÁLICAS

TOPO: F* = 20 . (t / St)

PROF. ≥ 6 m : F* = 10 . (t / St)

t = ESPESSURA DAS BARRAS TRANSVERSAIS

St = ESPAÇAMENTO ENTRE AS BARRAS TRANSVERSAIS

FÓRMULAS VÁLIDAS PARA St ≥ 150 mm




GEOSSINTÉTICOS (GEOGRELHAS E GEOTÊXTEIS)

F* = (2/3) . TAN f


• CONEXÃO COM A FACE – EHRLICH E BECKER (2009)

• FACES AUTOENVELOPADAS:

Pr,0 = F* . a . v . L0 . C ≥ FS . T0

F* = FATOR DE RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO

a = FATOR DE CORREÇÃO DO FATOR DE ESCALA

V = TENSÃO VERTICAL EFETIVA NA INTERFACE SOLO-REFORÇO

L0 = COMPRIMENTO DE ANCORAGEM DO ENVELOPE

C = No. DE FACES DO REFORÇO QUE EFETIVAMENTE CONTRIBUEM NA RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO (C = 2)

T0 = 50% . TMÁX (TMÁX = MAIOR VALOR DE TRAÇÃO NOS REFORÇOS)


• CONEXÃO COM A FACE – EHRLICH E BECKER (2009)

• FACES RÍGIDAS OU BLOCOS INTERTRAVADOS:

Pr,0 = CR . Td ≥ FS . T0

CR = EFICIÊNCIA DO ACOPLAMENTO ENTRE A FACE E O REFORÇO (FORNECIDO PELO FABRICANTE DO SISTEMA DA FACE OU OBTIDO POR ENSAIOS)

Td = RESISTÊNCIA DE PROJETO DO REFORÇO (ADMISSÍVEL)

T0 = (80% a 100%) . TMÁX (TMÁX = MAIOR VALOR DE TRAÇÃO NOS REFORÇOS)


• FATORES DE SEGURANÇA – EHRLICH E BECKER (2009)

• RUPTURA DO REFORÇO:

FS ≥ 1,50 (ESTRUTURAS PERMANENTES E CRÍTICAS)

FS ≥ 1,15 (ESTRUTURAS TEMPORÁRIAS E NÃO-CRÍTICAS)

• ARRANCAMENTO DO REFORÇO:

FS ≥ 1,50

• CONEXÃO COM A FACE:

FS ≥ 1,50


• Método de Leshchinsky e Boedeker (1989)

• Equilíbrio Limite




















• Método de Ehrlich e Mitchell (1994)

• Condições de trabalho

• Parâmetros do

Modelo Hiperbólico


• Método de

Ehrlich e Mitchell (1994)


• Parâmetros do

Modelo Hiperbólico




• Trajetória de tensões



• Efeito da compactação

H

z

zczc,i

zzc,i >

zc,iz >

z,

, ,

, ,

, ,












• Fórmulas




• Estabilidade Externa

DESLIZAMENTO TOMBAMENTO

CAPACIDADE DE CARGA DA FUNDAÇÃO RUPTURA GENERALIZADA


• Estabilidade Externa – Fatores de Segurança


• Estabilidade Externa – Muro Vertical


• Capacidade de Carga – Muro Vertical

Brinch Hansen (1961) e Sokolovski (1960)

apud Ehrlich e Becker (2009)


• Capacidade de Carga – Muro Vertical

Prandtl (1921), Reissner (1924) e Vesic (1975)

apud Ehrlich e Becker (2009)

Vida Útil dos Reforços





• Reforços Geossintéticos













Drenagem

Espessura: 20 a 50 cm.

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