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Mecânica dos Solos 2 PROFESSORA: ANALICE FRANÇA LIMA AMORIM AULA 9 Estruturas de Contenção Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e Geociências (CTG) Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Contenção Estruturas de Contenção: Objetivo: – Manter um desnível do terreno estável Estruturas de Contenção Classificação das estruturas: a) Pela Transitoriedade a) Provisória b) Definitiva b) Pelo Funcionamento estrutural a) Flexível b) Rígida c) Pela Forma de Obtenção do Equilíbrio a) Escoradas b) Não escoradas Estruturas de Contenção Principais tipos de estrutura de contenção: As estruturas de contenção classificam-se em: 1. Estruturas de Gravidade; • Muros de gravidade; • Fogueira ou Crib walls; • Gabiões; 2. Muros de Flexão; • Muros de flexão simples; • Muros de flexão com contrafortes; 3. Reforços de Solo; • Terra armada ou Estruturas Atirantadas; • Solo grampeado ou pregado; • Solo-cimento (jet grouting); 4. Paredes ou Cortinas. • Cortinas de Estaca-Prancha Escoradas • Cortinas de Estaca-Prancha • Cortinas ou Parede Diafragma • Cortinas de Ancoragem Muro de solo-cimento Muro de concreto ciclópico Muro tipo gabião Cortina atirantada Estruturas de Contenção Muros de arrimo: São estruturas corridas de contenção constituídas de parede vertical ou quase vertical apoiada numa fundação rasa ou profunda. Podem ser construídos em: • alvenarias (de tijolos ou pedras) • concreto (simples ou armado) • de elementos especiais (saco solo-cimento, pneus). Sua fundação pode ser direta, rasa e corrida ou profunda, em estacas ou tubulões. Os muros de arrimo trabalham de dois modos: • gravidade (construídos de alvenaria, concreto, gabiões ou pneus) • flexão (com ou sem contraforte) e com ou sem tirantes. Estruturas de Contenção Terminologia Estruturas de Contenção Muros de Gravidade: • São estruturas corridas que se opõem aos empuxos do terreno pelo peso próprio. • Geralmente, são utilizadas para conter desníveis pequenos ou médios, inferiores a cerca de 5m. Estruturas de Contenção 1) Muros de alvenaria de pedra: •São os mais antigos e numerosos; •Este muro apresenta como vantagens a simplicidade de construção. a) Pedra seca: • pedras encaixadas manualmente • taludes com até 1,5 metros de altura • espessura mínima: 50 cm • baixo custo, mão-de-obra não especializada b) Muro de pedra argamassada: • assentamento das pedras com argamassa • taludes com até 3 metros de altura • espessura mínima: 50 cm • baixo custo, mão-de-obra não especializada Estruturas de Contenção Pedra seca Muro de pedra argamassada IMPORTANTE: utilização de drenos Estruturas de Contenção • Concreto agregado de grandes dimensões. • São em geral economicamente viáveis apenas quando a altura não é superior a cerca de 4 metros. • Devido à impermeabilidade deste muro, é imprescindível a execução de um sistema adequado de drenagem. • Necessário uso de formas 2) Muros de concreto ciclópico ou concreto gravidade • São constituídos por gaiolas metálicas preenchidas com pedras arrumadas manualmente e construídas com fios de aço galvanizado; • As principais características dos muros de gabiões são a flexibilidade, que permite que a estrutura se acomode a recalques diferenciais, e a permeabilidade. • terreno nivelado previamente • proteção superficial de encostas, contenção de aterros e de margens de rios • mão-de-obra não especializada • risco de corrosão da tela. Hoje: revestimento com liga de Zn/Al. • Primeira obra com gabiões foi em 1894 nas margens do Rio Reno (Itália). Permanece até hoje 3) Muros de gabiões: • Caixas de malha de arame cheias de pedras de 10 a 20 centímetros • As dimensões usuais dos gabiões são: comprimento de 2m e seção transversal quadrada com 1m de aresta. • são rápidos e fáceis de construir • Sua flexibilidade suporta os movimentos de fundação • Muito permeável com excelente drenagem • A fricção entre as linhas de gabião é alta como a primeira linha e a terra • Quando falha, quase sempre é na fundação • Normalmente paredes de 3 níveis e 2,5 m de altura - sem análises de detalhe. Paredes maiores necessitam estudos pelo seu peso e necessidade de contrafortes • elementos empilhados por encaixe (engradado) • concreto pré-moldado, aço ou madeira • preenchimento com terra, solo- cimento, entulho ou pedras bom para receber entulho de obra • resiste pela forma geométrica e pelo peso • taludes com até 20 metros de altura • aterros em encostas íngremes e em locais instáveis 4) Muros em fogueira (Crib-wall): a) Armações de madeira • Troncos entrelaçados cheios de solos granulares grossos • Interceptam a superfície de ruptura obrigando a ruptura baixar a profundidade a solos mais resistentes • Estrutura capaz de suportar rupturas por tombamento e deslizamento de base • Mas eficiente quando uma capa pequena instável se sobrepõe a outra mais profunda e estável • A estrutura deve ter 10 a 15% do volumem de solo que tem que estabilizar • Volumem pequeno pelo que importa a robustez das armações • Caixas de aço galvanizados conjugados entre si e o aterro de terra. • Muro de gravidade (peso do aterro de terra) • Largura entre 2 a 5m e medindo 1/2 ou 3/5 partes da altura b) Caixa de aço: madeira concreto Estruturas de Contenção 5) Muros de sacos de solo-cimento Os muros são constituídos por camadas formadas por sacos de poliéster ou similares, preenchidos por uma mistura cimento-solo da ordem de 1:10 a 1:15 (em volume). • mistura de solo, cimento e água ensacada • sacos de amiagem ou geossintéticos • proteção superficial, contenção de encostas, contenção de taludes de até 6 metros de altura • baixo custo, construção simples, mão-de-obra não qualificada • locais de difícil acesso Um muro de arrimo de solo-cimento com altura entre 2 e 5 metros tem custo da ordem de 60% do custo de um muro de igual altura executado em concreto armado (Marangon, 1992). Estruturas de Contenção • O solo utilizado é inicialmente submetido a um peneiramento em uma malha de 9mm, para a retirada dos pedregulhos. • O cimento é espalhado e misturado, adicionando-se água em quantidade 1% acima da correspondente à umidade ótima de compactação proctor normal. • Após a homogeneização, a mistura é colocada em sacos, com preenchimento até cerca de dois terços do volume útil do saco. • Procede-se então o fechamento mediante costura manual. O ensacamento do material facilita o transporte para o local da obra e torna dispensável a utilização de fôrmas para a execução do muro. • No local de construção, os sacos de solo-cimento são arrumados em camadas posicionadas horizontalmente e, a seguir, cada camada do material é compactada de modo a reduzir o volume de vazios. • O posicionamento dos sacos de uma camada é propositalmente desencontrado em relação à camada imediatamente inferior, de modo a garantir um maior intertravamento e, em conseqüência, uma maior densidade do muro. Muros de Flexão: • O muro resiste ao empuxo por flexão, utilizando parte do peso próprio do solo que se apoia na base em L ou T para manter o equilíbrio. • São estruturas mais leves sendo executadas em concreto armado. Estruturas de Contenção Muros de flexão •Para muros com alturas superiores a cerca de 5 m, é conveniente a utilização de contrafortes (ou nervuras), para aumentar a estabilidade contra o tombamento. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS MUROS DE ARRIMO • Muros de Gravidade: – Podem ser executados com tijolos, pedras, concreto; – Os muros de alvenaria de tijolos são ulizados para pequenos empuxos; – Não suportam tensãode tração; – A sua estabilidade depende praticamente do peso da peça; – Projetados para terrenos sujeitos a pequenos recalques diferenciais Estruturas de Contenção • Muros Tipo Flexão – Executados em concreto armado; – Em forma de “L”ou “T” invertido – Econômico até 8 metros – As “abas” e as paredes funcionam como estruturas em balanço – Podem possuir tirantes na base para melhorar a estabilidade – A relação base-altura é a mesma utilizada para muros de gravidade. Estruturas de Contenção Estruturas de Contenção Muros de terra reforçado (terra–armada): • Pode vencer alturas de até 20 m e conta com três componentes principais: o solo, as armaduras e a "pele". • O SOLO envolve as armaduras e deve ser compactado conforme avança o aterro. • As armaduras são, na verdade, fitas metálicas lineares e flexíveis. Necessitam de proteção à corrosão e são fixadas às "peles" por parafusos. • A "pele", ou face externa, é geralmente vertical e pode ser constituída de escamas metálicas ou placas de concreto armado. Estruturas de Contenção • São tiras metálicas presas a blocos de concreto que não possuem função estrutural. Fonte: Dyminski, 2008 • Sistema patenteado • Construção de aterros em ângulos muito íngreme sem uso de estruturas de apoio da cara do aterro, • Capas horizontais de tiras metálicas flexíveis dentro de aterro adicionando resistência Estruturas de Contenção Encontro de Pontes Estruturas de Contenção Tirantes: • Custo da perfuração: 62% do custo total do tirante • Custo da protensão: 2% do custo total • Dimensionamento e execução meticulosos • Acompanhamento com instrumento de precisão pois rompem sem avisar. Estruturas de Contenção • VANTAGENS: – Elimina a necessidade de estroncas área para trabalho dentro do terreno – Fundações simples as estruturas atirantadas podem ter fundações simples – Impedem o deslocamento inicial do arrimo devido à protensão menor risco às edificações vizinhas • DESVANTAGENS: – 8 metros dentro do terreno vizinho NO MÍNIMO! – Levantamento da superfície do terreno em solos argilosos – Corrosão do tirante – Serviço especializadooneroso (relação custo x benefício) Estruturas de Contenção Tirantes – etapas de execução: • execução do furo; • colocação do cabo de aço; • concretagem da ancoragem passiva; • ancoragem ativa já executada Uso de tirantes em mais de 1 nível: Estruturas de Contenção Estruturas atirantadas: • A cabeça tem a finalidade de ancorar o tirantes na estrutura de apoio externa ou na viga de solidarização. • O trecho livre deve permitir a livre deformação do aço, sem atrito. • E o trecho ancorado faz a transferência dos esforços de tração ao terreno, provenientes da protensão dos elementos de aço. Os tirantes são compostos de três partes principais: • cabeça, • trecho livre e • trecho ancorado. Estruturas de Contenção Paredes ou cortinas: • São muros ou paredes de espessura relativamente reduzida, de aço, concreto armado ou madeira, suportadas por ancoragens, escoras ou não. • A resistência à flexão destas estruturas desempenha uma função significativa na contenção do terreno, sendo a contribuição do seu peso insignificante. São exemplos deste tipo de estruturas: • cortinas de estacas pranchas • cortinas ancoradas ou escoradas de aço ou de concreto • paredes moldadas Estruturas de Contenção Cortinas de estaca prancha: • Estruturas planas ou curvas formadas pela cravação de estacas- prancha justapostas no solo • Madeira, metálica, concreto armado (obra definitiva) • Obras portuárias, proteção de taludes, proteção de fundações vizinhas Estruturas de Contenção Cortina de Estacas Prancha - Escoramentos: Concreto: • Estacas pré-moldadas com encaixe macho- fêmea • Viga de amarração nas cabeças Cuidados: • Vibrações • Juntas - se não for garantida a verticalidade pode haver ‘fuga de materias finos’ • Cravação - danos nas estaca por ação do martelo Estruturas de Contenção Metálica: • Perfil de aço laminado “U” ou “Z” com encaixes para justaposição Vantagem do escoramento metálico em relação aos de concreto e madeira: • Facilidade de cravação e retirada no caso de escoramento temporário • Variedade de módulos de resistências à disposição no mercado • Contenção de grande altura (>5m) • Possibilidade de reutilização – ex.: ensecadeiras • Solução de contenção de execução rápida; • Praticamente estanque nas juntas, criando uma barreira entre a água e o terreno; • União fácil entre perfis; • Facilidade em trabalhar abaixo do NF e mesmo dentro de água. Estruturas de Contenção Parede diafragma: • São cortinas de concreto moldadas no local ou pré-moldadas que tem a função de suportar a escavação • Escavação de trincheiras sucessivas ou intercaladas (2 a 3 metros) • Espessura = 30cm a 1,2 m (determinado pela espessura da clam shell) • Profundiades até 50 metros (permitem a execução de vários subsolos em edifícios) • Colocação da armadura pré montada; ajustes pelos operários • Preenchimento com concreto (moldadas no local) ou colocação de placas de concreto pré-moldadas • Escavação com equipamentos de grande porte - não podem ser executados em locais onde os equipamentos não possam ter acesso Estruturas de Contenção • Lama bentonítica para estabilizar a escavação • Paredes-guia de concreto armado • Qualquer tipo de solo • N. A. elevado • Estanques Estruturas de Contenção Equipamento: Clam Shell Estruturas de Contenção Metodologia executiva Estruturas de Contenção Vantagens: • Acabamento definitivo • Melhor qualidade do concreto >> não há risco de misturar com lama, solo ou água • Maior precisão no posicionamento da ferragem • Processo mais rápido • Grande diâmetro, de concreto e muito próximos entre si • Executados na base de una encosta para formar uma parede vertical • Normalmente sistema de retenção prévio a uma escavação • Estacas de madeira são aptas para pequeno volume de solo a ser estabilizado (1 estaca a cada 50m3) Estacas: Vantagens e desvantagens: Estabilidade de encostas em solos Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e Geociências (CTG) Departamento de Engenharia Civil Estabilização de encostas naturais NBR 11682 - Estabilidade de encostas (Maio de 2006) Esta Norma prescreve as condições exigíveis no estudo e controle da estabilidade de encostas naturais e de taludes resultantes de cortes e aterros realizados em encostas. Abrange, também, as condições para projeto, execução, controle e observação de obras de estabilização. Estruturas de Contenção Situações de risco: Estruturas de Contenção Situações de risco: Estruturas de Contenção Estabilização de Encostas: São ações que possibilitam condições de estabilidade, que só se viabilizam quando a encosta é tratada como um todo. As principais técnicas para a estabilização de encostas são: a) Obras SEM Estruturas de Contenção • retaludamento b) Obras COM Estruturas de Contenção • proteção para massas movimentadas Principais ações • Reduzir forças motoras/condutoras • Aumentar forças resistência Abordagem • Eliminar susceptibilidade/risco • Contenção massa • Proteger elementos em risco Mudanças geometria (cortes e aterros) • Reduzir altura (eliminar terra do cume) • Redução da declividade/inclinação • Bancos, bancadas (terraços/degraus) • Berma ou contraforte de terra Estabilização, Mitigação e Obras de contenção GRUPOS TIPOS DE OBRAS Cortes Taludes Contínuos e Escalonado Aterros Compactados Carga de fase de Talude Gramíneas Grama armada com geossintéticos Vegetação arbórea Selagem de fendascom solo argiloso Materiais Artificiais Canaletas Lonas Retenção Tela Metálica e Tirante Remoção Desmonte Solo Cimento Solo cimento ensacado (sacos de fibra têxtil ou geossintéticos) Pedra rachão Concreto Concreto Armado Concreto Ciclópico Gabião Gabião-Caixa Bloco de concreto articulado Terra Armada Placa de pré-moldado Micro-ancoragem Tirantes Solo Compactado e reforçado Geossintéticos e paramento pré-moldado Materiais Naturais Barreira Vegetal Materiais Artificiais Muro de Espera OBRAS DE PROTEÇÃO PARA MASSAS MOVIMENTADAS Contenção de massas Movimentadas OBRAS COM ESTRUTURA DE CONTENÇÃO Muro de Arrimo OBRAS DE ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS Proteção Superficial Estabilização de Blocos Outras Soluções de Contenção OBRAS SEM ESTRUTURA DE CONTENÇÃO SUBGRUPOS Retaludamento Materiais Naturais Estruturas de Contenção Obras sem Estrutura de Contenção 1) Retaludamento: • Mudança na geometria original com cortes e aterros • Cortes – Contínuos h ≤ 5 m – Escalonados h > 5m • Deve-se evitar taludes verticais devido a falta de estabilidade • A superfície exposta deve ser protegida com revestimentos naturais ou artificiais e sistema de drenagem eficiente Estruturas de Contenção Aterro lançado (sem compactação) sobre vegetação Aterros: • Análise se o aterro foi lançado corretamente Estruturas de Contenção • Problemas: – Cobertura vegetal – Lixo na superfície – Caminho preferencial das águas • Consequências: – Novos deslizamentos devido a ruptura desses “aterros”. Estruturas de Contenção • Execução de aterros: – Preparação do terreno • Desmatamento • Destocamento • Limpeza – Execução do aterro propriamente dito: • Descarga • Espalhamento • Homogeneização • Umedecimento e Compactação • Cuidados: • Altura da compactação do aterro • Inclinação dos taludes - Declividade • Altura da Encosta – Encostas muito altas fazer degraus Estruturas de Contenção Estruturas de Contenção • Recomendações – Fazer o retaludamento do aterro com declividades não superiores a 1: 2 (vert:horiz) – Construir bermas para aumento da carga, no pé do talude – Recompor o revestimento vegetal para diminuir a infiltração e conter a erosão – Fazer um sistema de drenagem eficiente Estruturas de Contenção 2) Proteção superficial • OBJETIVOS – Reduzir a infiltração de água nas superfícies desprotegidas – Proteger o solo da erosão – Amenizar a temperatura local – Criar um ambiente visualmente mais agradável • TIPOS – Materiais Naturais • Gramíneas; • Grama armada; • Vegetação arbórea • Selagem de fendas – Materiais Artificiais • Canaletas • Lonas • Reduz a erosão de superfície • Fortalece o talude devido as raízes • Experiência local (com o tipo de cobertura vegetal) • Semeadura a seco (jato com ar‐comprimido) e hidráulica (jato com água) • Combinação de duas a cinco sementes de gramíneas • Tipo de semente depende do tipo de solo, condições climáticas, compatibilidade e substituição de espécies Mitigação por meio da utilização da vegetação: Revestimento Vegetal Indicado para: -Taludes mais íngremes -Solos mais arenosos que impossibilita o crescimento da vegetação em curto espaço de tempo Vegetação Arbórea: Efeitos desfavoráveis: • Efeito alavanca - força cisalhante transferida pelos troncos das árvores ao terreno, quando da ação do vento; • Efeito cunha - pressão lateral causada pelas raízes ao penetrar em fendas, fissuras do solo ou rocha; • Sobrecarga vertical - causada pelo peso das árvores. Árvores levemente inclinadas podem indicar sinais de movimentação da encosta. Altura de espécies vegetais: •Arbustos: 2 a 5 m •Arvoretas: 2,5 a 6 m •Árvores de pequeno porte :< 6 m •Arvores de médio porte: 6 a 12 m •Árvores de grande porte: > 12 m • Escavação da parte superior e substituição por material mais leve • Cobertura com grãos grossos • Pode servir de base para tráfico de uso limitado Preenchimento com material leve: Figura C4. Modelo esquemático e fotografia de um aterramento com material leve. Houve maior crescimento no uso de pedaços de pneus reciclados em aplicações de engenharia civil. Aplicações em autoestradas incluem o uso de pneus picados como preenchimento leve sobre solos fracos de taludes de pontes e reforços de muro de contenção, ou, em climas muito frios, como o isolamento da base da estrada para resistência a elevações do solo devido a geadas e como um material de elevado índice de permeabilidade para as bordas de drenos. (Gráfico da referência 11, fotografia do U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration). • Material sintético (polímero plástico estirado) • Leve • Alta resistência a tração • Uso similar a armação do concreto aumentando resistência ao cisalhamento • Distribuição do peso sobre terrenos moles aumentando a capacidade de carga • Melhora da drenagem • Uso em muros de contenção Geogrid MacGrid TerraMesh Geogrid ParaLink Reforço com geogrelhas: – Estabilização de fraturas e canais de fluxo – geralmente lama cimentada com concreto de alta qualidade, – preferivelmente reforçado com fibras de aço para resistir a abrasão. – Uso de rochas salientes cimentadas no concreto para redução de energia do fluxo reduzindo incidência e volume de escombros Revestimento de canais com rocha: • Pequenas obras para armazenamento de sedimentos e detritos • Executados em canais de desfiladeiros íngremes • Estabilização do leito do vale • redução do gradiente na parte superior do canal, • controle da frequência e volume de fluxo • Reduzir o volume de material armazenado no canal, impedindo erosão de fundo, com desestabilização paredes laterais fornecendo apoio na base margens inclinadas • Muito comum na Europa e no Japão • Alto custo, geralmente indicadas quando existe elementos expostos ao risco • fluxos canalizados de detritos estão associados a gradientes > 25graus e maior parte do volume provem da raspagem da base. • Executado em toras de madeira <2m, em concreto armado <8m • Cuidado com a erosão provocada pelo vertedouro de água Barragens / diques de controle e retenção: • Eliminar o fator mas importante para iniciação dos deslizamentos (água) • Elemento mais importante em sistema estabilização (drenagem) • Baixo custo importantes benefícios • Recomendável para qualquer deslizamento • Previne erosão • Evitar infiltração Técnicas drenagem: Estabilidade de encostas em rochas Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e Geociências (CTG) Departamento de Engenharia Civil Estabilização e mitigação de taludes de rocha: • Fossos largos de captação • Desenho deve levar em conta a geometria do penhasco • Fundo cheio com terra solta para evitar rebote ou fragmentação • Se pode combinar com gabiões ou parede de rocha em seus bordes Valas de captação: • Métodos simples • Baixo custo • Proteção de estradas • Cabo atirantado quando um grande bloco instável, • redes de cabos quando a rocha é muito fraturada, • malha de arame para evitar rochas pequenas, menos de 0,75m Cabos, malhas, cercas e cortinas de rocha: • Redes de captação de malha de arame e cabo para capturar deslizamento de rocha • Dissipadores de energia de rochas de até 1m de diâmetro • As cortinas dirigem as rochas até uma vala ou outra estrutura de captação • Construídos sobre estradas, trens e outras estruturas para protegê‐ las do deslizamento ou taludes de rochas. • Em concreto ou aço • Desviam a queda de rochas Cobertura Reforçada contra Rochas: • Uma das formas mais eficazes de proteção contra deslizamentos • Além de interceptarquedas de rochas, os terraços reduzem forças de tração nas rochas de superfície e reduzem as taxas de erosão • Pouco ou nenhum efeito sobre possíveis falhas profundas • Todas as bancadas devem ter canais de drenagem Terraços: • Retirada de blocos de rocha soltas, instáveis, salientes e perigosas • Raspagem com martelo pneumático ou pequenas cargas explosivas • Recorte perfuração e explosões • Procedimento lento, custoso e por vezes perigoso • Trabalhadores especializados Escarificação e Retirada: • Tipo de concreto que se aplica por meio de jorro de ar diretamente sobre superfície da rocha instável • Concreto projetado termo geral para pulverizar o concreto ou argamassa • Gunite (mistura seca) pulverização em seco com injeção de água imediatamente antes da aplicação • Reforçar superfície • Reduzir erosão Concreto lançado e Gunite: • Vareta de aço ou cabos que reforçam e unem paredes de rocha melhorando sua estabilidade • Âncoras são pós‐tensionada e utilizada para grandes blocos, parafusos são mais curtos e seguram a superfície rocha. • Buchas são similares aos parafusos mas não são pós‐tensionada. Âncoras, parafusos, e buchas:
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