Terra armada

Prévia do material em texto

1 INTRODUÇÃO
A necessidade de construir em ambientes diversos e de aproveitar toda área possível estimulou o surgimento de tecnologias de execução de contenção de solo. Locais onde há topografia irregular são utilizadas obras de contenção com o objetivo de ter maior produtividade.
O procedimento de solo reforçado tem como objetivo melhorar, através de elementos de reforço, as características mecânicas do solo. Os elementos utilizados devem garantir que o solo resista aos esforços e mantenha-se estável. Os materiais de reforço podem ser metálicos, plásticos e sintéticos.
Todavia, o emprego de materiais naturais como elementos de reforço de solo foi técnica comum desde os tempos antes de cristo. Materiais vegetais constituídos por fibras mais resistentes como bambus e palhas, foram utilizados nos templos da Mesopotâmia, nas obras de habitação e nos grandes templos religiosos pelos babilônios e em construções do Império Romano. Na Grande Muralha da China também foram usados materiais fibrosos visando melhorar o solo com finalidade de estrutura de contenção.
Os materiais naturais que foram empregados na antiguidade para reforçar o solo, não apresentam as mesmas características mecânicas se comparadas as que são utilizadas atualmente. 
De acordo com Mitchell e Villet (1987), o aprimoramento da técnica de solo reforçado se deu com o engenheiro francês Henry Vidal, a partir da década de 60. Vidal patenteou o seu método como Terra Armada (Terre Armée). Desde então o emprego do solo reforçado tornou-se viável em vários tipos de aplicações.
2 OBJETIVOS 
Este trabalho tem como objetivo abordar um tema que é amplamente utilizado na construção civil: as estruturas de solo reforçado, com ênfase na terra armada.
Será abordado as principais características e a importância deste tipo de contenção de solo.
2 TERRA ARMADA
O conceito de unir dois materiais com diferentes características de resistência é uma técnica bem difundida na engenharia. O concreto armado nas construções é um exemplo dessa união, onde dois elementos distintos, um com alta resistência a compressão e o outro com alta resistência a tração, trabalham como um só.
O solo é um dos materiais mais abundantes e com menor valor de aquisição na construção. Quando o solo é submetido a esforços de compressão pode ser amplamente utilizado, mas, assim como o concreto, se submetido a esforços de tração, requer a inclusão de algum material que potencialize sua resistência à esse esforço. 
Na década de 60 o engenheiro e arquiteto Henri Vidal foi o primeiro a introduzir a técnica de melhoramento das propriedades mecânicas do solo através da inserção de reforços. O sistema criado por Vidal baseava-se na inclusão de tiras metálicas no solo, denominado Terra armada (“Terre Armeé”). 
A ideia surgiu quando Vidal observava o comportamento de “castelos” feitos com a areia da praia, onde percebeu que os que possuíam pedaços de fibras de pinheiro eram mais estáveis. Então ele uniu a areia da praia com essas fibras posicionadas horizontalmente e notou que havia coesão.
O solo granular é um material com partículas não-coesas. A introdução de reforços, que são elementos lineares com maior resistência a tração, devidamente dispostos de forma horizontal faz com que a massa do solo, antes sem coesão e sujeita a deslizamento, apresente um efeito similar a uma coesão anisotrópica, que segundo Dantas (2004) acontece através de um aumento da tensão confinante no plano perpendicular ao do reforço garantindo certa estabilidade ao solo.
Esta coesão do solo reforçado surge através da fricção dos grãos do solo contra os membros do reforço. Essa fricção deve ocorrer sem que haja deslizamento do solo. (VIDAL, 1966)
Em síntese, o atrito solo/reforço é a base da teoria do solo reforçado, onde o aspecto essencial para o sucesso de qualquer estrutura de solo reforçado é que os dois materiais sejam compatíveis em termos das características da superfície ou geometria, ou a combinação dos dois, para que as tensões possam ser transferidas de um para o outro. (MITCHELL e VILLET, 1987)
Segundo Mitchell e Villet (1987) um solo reforçado é composto por três componentes: reforço, terrapleno ou reaterro, e elementos de face, como mostrado na figura 1.
Figura 1: Principais elementos do solo reforçado. (Elias et al, 2001.)
A terra armada é uma técnica de contenção de solos capaz de vencer grandes altura e de suportar cargas elevadas, tais como as cargas de veículos, maquinários e seu peso próprio.
Vidal acreditava que se então não ocorreria deslizamentos, como ilustrado na figura 2.
Figura 2: Princípios da terra armada (Vidal, 1966).
Acreditava também que se os reforços fossem devidamente colocados em uma massa granular, então todo o conjunto se exibiria uma coesão relacionada às tensões dos reforços. (VIDAL, 1966)
2.1 PRINCIPAIS ELEMENTOS DA TERRA ARMADA
2.1.1 Terrapleno ou Reaterro
O solo tem influencia direta no sucesso dessas estruturas. Como já visto, o atrito é a base do solo reforçado. Para que tal situação ocorra, é geralmente empregado um solo granular. 
Segundo Correia, (2003) a principio, qualquer tipo de solo granular pode ser utilizado como material de aterro, mas como o funcionamento do reforço baseia-se na interação solo-reforço, determina-se que o solo de aterro possua boas propriedades mecânicas, geralmente em termos do ângulo de atrito interno. 
Outra razão para a utilização de solos granulares é que eles possuem boa capacidade de drenagem, possibilitando maior durabilidade dos reforços, quando metálicos, baixo potencial de fluência e promovendo a rápida dissipação da poro-pressão no maciço. (DANTAS, 2004)
Lopes (1992) limita o uso de solos muito coesos devido as seguintes razoes:
A baixa ligação entre solos coesos e o reforço;
Capacidade de drenagem reduzida, possibilitando o desenvolvimento de poro-pressão, causando danos na estabilidade da contenção;
Pela baixa capacidade de drenagem, a contenção estaria sujeita a perca de resistência causada pela umidade;
Deformações a longo prazo podem ser elevadas em solos coesivos.
Porem com o avanço das tecnologias, solos coesivos podem ser utilizados, desde que haja a utilização de drenos adequadamente posicionados e reforços permeáveis, garantindo assim o bom desempenho destas estruturas, que dependem diretamente da prevenção de geração da poro-pressão significativa no aterro. (DANTAS, 2004)
A escolha do tipo de solo utilizado no aterro estão associados a disponibilidade do material existente no local da obra, pois pode ser economicamente inviavel o custo com o transporte do solo.
2.1.2 Reforços
Vidal (1966) caracteriza os reforços como elementos alongados, possuindo uma dimensão claramente maior que as outras, com alta resistencia à esforços de tração, podendo estes serem metálicos ou não. 
A inclusao de elementos resistentes, convenientemente orientados e espaçados, no solo tem como objetivo não só melhorar a resistencia do maciço às solicitaçoes exteriores como tambem diminuem sua deformabilidade. A estabilidade global do maciço se dá atravez da transferencia dos esforços para o reforço. (Correia, 2003)
Existe uma ampla variedade de materiais e formas que podem ser utilizados como reforço, que vao desde metais até materiais sinteticos (geossintericos). Quanto à geometria, os reforços podem assumir diversas formas, podendo ser grelhas, malhas, tiras e barras. As caracteristicas promovidas por cada tipo de material são responsaveis pela o modo em que cada estrutura se comportará.
Segundo Dantas (2004) os reforços podem ser flexíveis, convencionados como aqueles que possuem baixa rigidez a esforços axiais, e rígidos, sendo aqueles que possuem elevada rigidez axial.
Ainda segundo esse autor as estruturas que utilizam reforços flexíveis permitem maiores deslocamentos ao maciço reforçado, com tendencia ao estado de tensões ativo. Já os solos que utilizam reforços rígidos possuem menor deformabilidade, tendendo ao estado de repouso.
2.1.3 Face
A face é umcomponente do solo reforçado usado para previnir o solo do deslizamento entre as linhas do reforço, protegendo a contenção da erosão superficial assumindo, também, aspectos esteticos, podendo possuir variadas formas e opções de pigmentação. (ELIAS et al. 2001)
É comum desprezar a contribuição dos elementos de face na estabilidade da contenção, pois a mesma pode manter-se estável mesmo sem a presenca de elementos de face, porém a existência desses elementos pode restringir o livre deslocamento do maciço. (DANTAS, 2004)
Em seu estudo original, Vidal (1966) relata que a face deve possuir resisencia para suportar as pressoes de terras exercidas pelo solo, evitando pequenos deslizamentos e erosões superficiais, e deve possuir, também, uma flexibilidade que permita acompanhar a deformacao da zona reforçada. 
Assim como o reforço, a face pode ser considerada rígida ou flexível em função do empuxo lateral que podem suportar. A estabilidade dos elementos de face em relação ao tombameto é, em geral, assegurada pela conexão da face com o reforço. (DANTAS, 2004)
Na terra armada os materiais mais utilizados como elementos de face são placas ou blocos pré-moldados de concreto de auto-encaixe, mas tambem podem ser feitos de geossintéticos ou metal.
2.2 PROCESSO CONSTRUTIVO
As estruturas de terra armada podem ser executadas próximas das divisas. A instalação é basicamente uma execução de terraplenagem onde a rapidez do processo construtivo depende da velocidade em que o solo possa ser espalhado e compactado. A técnica construtiva para construção do muro e terra armada é simples:
Colocação das escamas (painéis pré-moldados de revestimento): A primeira fiada de placas é sobre uma base de concreto, servindo como fundação. Esta deve ser apoiada em solo resistente, como solo compactado. A execução das escamas deve ser feita em linhas horizontais sucessivas. 
Fixação de uma camada de armadura: são fixadas às escamas de forma perpendicular às mesmas. 
Compactação e espalhamento das camadas de aterro sobre as armaduras: a NBR 7182 - “Solo – Ensaio e compactação” normaliza a forma de compactação. A execução deve ser cuidadosa para não danificar ou mexer na disposição original das armaduras e escamas.
A figura 3 esquematiza o processo de construtivo de colocação dos painéis Pré-moldados.
Figura 3: Esquema da montagem dos painéis (VSL, 2008)
2.3 EVOLUÇÃO TERRA ARMADA
Primeiramente Henri Vidal recomendou a utilização de polímeros, estes com reforço de fibra de vidro. Porém ao decorrer dos meses verificou-se que as estruturas com este tipo de material entraram em colapso. Então surgiram elementos de reforço de aço maciço e de alumínio. Todavia, esses materiais também apresentaram pouca durabilidade. A solução encontrada foi a utilização de materiais metálicos de aço galvanizado.
Algumas alterações foram sendo feitas ao longo do tempo, como o uso de painéis de concreto pré-fabricado que surgiu em 1971 como substituição de painéis metálicos e a utilização de armadura nervurada no lugar da armadura lisa, acrescendo assim o atrito entre o solo e o reforço. A Figura 4 ilustra a forma da armadura lisa.
 
Figura 4: Elemento de reforço com uma única armadura lisa (LCPC-SETRA, 1979)
Assim que Vidal surgiu com a ideia de terra armada, foram construídos vários muros em escala natural para estudos, a fim de analisar o funcionamento dessas estruturas e desenvolver metodologias de dimensionamento.
Ao longo dos estudos foram sendo desenvolvidas mudanças no sistema de construção. A viabilidade de usar geotêxtil para reforço do solo foi considerada por apresentar bons resultados em taludes de estradas executados sobre solos de pouca resistência.
2.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS
2.4.1 Vantagens
As grandes vantagens do emprego dos muros de terra armada em estruturas da engenharia civil se dão pelo seu processo construtivo e pelo seu comportamento. Estas podem ser resumidas da seguinte forma:
Agilidade na execução: reduz custos e transtornos;
Sem necessidade de mão-de-obra especializada;
Relação custo/benefício elevado;
Economia: construção envolve equipamentos acessíveis, tipicamente equipamentos para movimentação de terra e um rolo para compactar;
Estética da estrutura: a face pode ser adaptada à paisagem do local;
Estruturas flexíveis: tem boa reação aos deslocamentos impostos, mesmo os de maiores intensidades, sendo mais tolerante a abalos;
Os muros de terra armada têm capacidade de atingir grandes alturas;
Adaptabilidade: a principal forma de utilização é como contenção de taludes em estradas e em locais montanhosos. Todavia, estruturas de terra armada podem ter aplicação em ferrovias e obras industriais.
2.4.2 Desvantagens
Embora a aplicação dos muros de terra armada apresentarem grandes vantagens, essa técnica tem algumas desvantagens e limitadores de execução:
Exige um espaço relativamente grande atrás da parede ou face externa para obter a largura de parede suficiente para garantir a estabilidade interna e externa;
Necessidade de preenchimento granular selecionado;
Projetos adequados são necessários para abordar a corrosão de elementos de reforço de aço e deterioração de certos tipos de elementos de revestimento;
Os solos reforçados não devem ser aplicados quando haja possibilidade de escavações na base, quando a armadura estiver em contato com águas contaminadas e quando estiver previsto obras de drenagem no solo reforçado.
3. CONCLUSÃO
Terra armada é uma técnica com várias aplicações, como obras de rodovias, ferrovias e em outras obras de construção civil. É ideal para muros que tenham altura elevada ou que tenham que resistir às sobrecargas extraordinárias, pois o solo armado suporta a grandes carregamentos. 
O princípio de funcionamento da terra armada é a combinação entre aterro e elementos de reforço, formando um maciço, no qual as armaduras resistem aos esforços de tração. Este maciço se comporta como uma estrutura coesa suportando seu peso próprio e às cargas externas.
A utilização do processo construtivo de terra armada teve grande aceitação mundial devido a facilidade e a rapidez de execução. Engenheiros convivem diariamente com cronogramas apertados e locais limitados. No processo construtivo de terra armada sua maior atividade construtiva ocorre atrás do parâmetro e sem utilização de andaimes, sem interferir no fluxo do tráfego.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CORREIA, Antônio Alberto Santos. Métodos de dimensionamento de muros de alvenaria de tijolo reforçados com geossintéticos.  2003. 210 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Geotécnica, Universidade do Porto, Porto, 2003.
DANTAS, Bruno Teixeira. Análise do Comportamento de Estruturas de Solo Reforçado Sob Condições de Trabalho. 2004. 222 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Civil, Ufrj, Rio de Janeiro, 2004.
ELIAS, Victor et al. Mechanically stabilized earth walls and reinforced soil slopes: Design and Construction Guidelines. Federal Hwy. Administration Rep. No. FHWA-NHI-00-043, Washington D.C., 2001.
MITCHELL, James K.; VILLET, Willem C.b. Reinforcement of earth slopes and embankments. : NCHRP Rep. No. 290, Washington, D.C., 1987.
LCPC-SETRA – Laboratoire Central des Ponts et Chaussées-Service d’Études Techniques des Routes et Autoroutes (1979), Les Ouvrages en Terre Armée, Recommandations et règles de l’art, Ministère des Transports, France.
LOPES, Maria de Lurdes. Muros reforçados com geossintéticos. 1992. 368 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Civil, Universidade do Porto, Porto, 1992.
VIDAL, Henri. The Principle of Reinforced Earth. In: MARR, W. Allen. History of Progress: Selected U.S. Papers in Geotechnical Engineering. 118. ed. Usa: Asce Publications, 2003. p. 1331-1346.
VSL (2008), Manuel d’installation du système TERRE REFORCEE.