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Manual de Drenagem de Rodovias (2006) - Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT)
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309 MT/DNIT/DPP/IPR Figura 117 - Gráfico de capacidade de escoamento dos condutos circulares operando em regime livre a plena seção Manual de Drenagem de Rodovias 311 MT/DNIT/DPP/IPR GGEEOOTTÊÊXXTTEEIISS CCAARRAACCTTEERRÍÍSSTTIICCAASS,, FFUUNNÇÇÕÕEESS EE SSEEUU DDIIMMEENNSSIIOONNAAMMEENNTTOO CCOOMMOO FFIILLTTRROO Manual de Drenagem de Rodovias 313 MT/DNIT/DPP/IPR 7 OS GEOTÊXTEIS: CARACTERÍSTICAS, FUNÇÕES E SEU DIMENSIONAMENTO COMO FILTRO 7.1 INTRODUÇÃO Os geotêxteis são materiais têxteis permeáveis com aplicação em obras ou estruturas geotécnicas. Como tantos outros materiais aplicados em obras de engenharia, os geotêxteis possuem características (propriedades) que definem seu comportamento quando instalados em uma estrutura pertencente à obra. Para se definir as características dos geotêxteis, esses materiais são submetidos a alguns ensaios que simulm situações reais e que fornem resultados que ser usados dimensionamento, ou pelo menos que servir de subsídios para a seleção produto mais adequado situação de obra Esta situação de obra pode estar ligada ao desempenho do geotêxtil ou às suas condições de instalação, que muitas vezes definem também o desempenho. 7.2 CARACTERÍSTICAS DOS GEOTÊXTEIS As características dos geotêxteis derivam diretamente de dois fatores básicos; • Processo de fabricação • Matéria-prima Essas características são divididas em quatro grupos: • Características Físicas • Características Mecânicas • Características Hidráulicas • Características de Durabilidade Com relação ao processo de fabricação os geotêxteis podem ser tecidos ou não-tecidos. Características físicas: a) Gramatura (densidade superficial) b) Espessura c) Densidade da fibra ou filamento d) Diâmetro da fibra ou filamento e) Porosidade Manual de Drenagem de Rodovias 314 MT/DNIT/DPP/IPR Características mecânicas: a) Resistência à tração b) Alongamento c) Módulo de rigidez d) Resistência ao Puncionamento e) Resistência ao estouro f) Resistência à propagação do rasgo g) Flexibilidade h) Atrito com o solo i) Isotropia Características hidráulicas: a) Permeabilidade normal b) Permeabilidade transversal c) Abertura de filtração (Porosimetria) - Capacidade de retenção de partículas. Características de durabilidade: a) Fluência b) Resistência à abrasão c) Resistência aos raios ultra-violetas d) Resistência à temperatura e) Resistência a agentes químicos f) Resistência a agentes biológicos 7.3 FUNÇÕES DOS GEOTÊXTEIS A função de um geotêxtil é tudo aquilo que se espera que o mesmo desempenhe na estrutura pertencente à obra. As funções são: – Filtração – Separação – Reforço Manual de Drenagem de Rodovias 315 MT/DNIT/DPP/IPR – Proteção – Drenagem Nas obras os geotêxteis podem desempenhar simultânea ou isoladamente as funções apresentadas. É importante que fique claro que as funções derivam e dependem das Características dos geotêxteis, ou seja, se esperamos que um geotêxtil desempenhe uma determinada função na obra e condição básica que este possua as características exigidas para tal e com determinados valores (dimensionamento) 7.3.1 FUNÇÃO FILTRAÇÃO Por exemplo, quando instalado entre um solo e um meio drenante, o geotêxtil permite a livre passagem da água, ao mesmo tempo que retém as partículas do solo necessárias à sua estabilização. Deve-se observar que são características importantes para função: • Permeabilidade • Porosidade • Abertura de Filtração (capacidade de retenção de partículas) Para a instalação (Resistência a esforço de instalação) • Resistência à tração • Alongamento • Resistência ao Puncionamento • Resistência à propagação do rasgo 7.3.2 FUNÇÃO SEPARAÇÃO Quando instalado entre dois materiais de granulometrias diferentes, o geotêxtil impede que estes se misturem, mantendo cada qual suas características, ao mesmo tempo que permite a livre passagem da água nos dois sentidos evitando sub-pressões. Aqui também são características importantes: – Abertura de filtração – Resistência ao Puncionamento – Resistência à propagação do rasgo – Resistência à tração Manual de Drenagem de Rodovias 316 MT/DNIT/DPP/IPR 7.3.3 FUNÇÃO REFORÇO O geotêxtil atua como reforço sempre que solicitado à tração no sentido de aumentar a resistência do material que o envolve. São características importantes: – Resistência à tração – Alongamento – Rigidez – Atrito com o solo – Fluência 7.3.4 FUNÇÃO PROTEÇÃO Nessa função o geotêxtil absorve os esforços e tensões localizadas que se incidissem diretamente sobre o material protegido poderiam danificá-lo. São características importantes: – Espessura – Resistência ao Puncionamento 7.3.5 FUNÇÃO DRENAGEM TRANSVERSAL Função desempenhada pelo geotêxtil quando transporta gases ou líquidos através de sua espessura no plano da manta, onde o importante é caracterizar: – Espessura – Permeabilidade 7.4 CARACTERÍSTICAS DOS GEOTÊXTEIS As características dos geotêxteis, também chamadas de propriedades, são as seguintes: 7.4.1 GRAMATURA (DENSIDADE SUPERFICIAL) – Símbolo: – Unidade: (gramas/m) 7.4.2 ESPESSURA – Símbolo: – Unidade: (mm) Manual de Drenagem de Rodovias 317 MT/DNIT/DPP/IPR 7.4.3 DENSIDADE DA FIBRA OU FILAMENTO – Símbolo : ρf – Unidade : (Kg/m3, g/m3) É a própria densidade da matéria-prima com que são fabricadas. 7.4.4 DIÂMETRO DA FIBRA OU FILAMENTO – Símbolo: d f – Unidade: (mm , µm) Dimensão da seção transversal da fibra ou filamento que compõe o Geotêxtil 7.4.5 POROSIDADE – Símbolo: ( )GTη – Unidade: (%) É a relação entre o volume de vazios do geotêxtil e o volume total do mesmo. Analiticamente: Tgf ⋅ϑ µ −=η 1 7.4.6 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO – Símbolo: =αE força por unidade de largura para um dado alongamento =α f força por unidade de largura na ruptura – Unidade (KN/m) Os três tipos básicos de ensaios de tração para geotêxteis são os constantes da Fig. 118. Figura 118 - Tipos básicos de ensaios de tração para geotêxteis a) faixa estreita (strip test) b) faixa larga (wide width test) c) agarramento (grab test) Manual de Drenagem de Rodovias 318 MT/DNIT/DPP/IPR a) O ensaio de faixa estreita não é utilizado para caracterizar o comportamento de geotêxteis, pois, pela sua reduzida largura, produz distorções no resultado devido à grande estricção que o corpo de prova sofre na sua parte central. Esse ensaio só é usado para controle de qualidade da fabricação. b) Considerado um ensaio de performance, para caracterizar um geotêxtil, é muito utilizado por ser bastante prático, mas não traduz corretamente o desempenho do geotêxtil devidamente confinado pelo solo. c) O ensaio de agarramento (GRAB-TEST) simula a solicitação de tração no geotêxtil quando utilizado entre duas pedras que tendem a se afastar. 7.4.7 ALONGAMENTO – Símbolo: ε – Unidade:(%) Corresponde à deformação que o geotêxtil sofre nos ensaios de tração. 7.4.8 MODULO DE RIGIDEZ – Símbolo: J – Unidade : (KN/m) É a inclinação da curva tensão X deformação obtida nos ensaios de tração. O módulo (J) depende do formato da curva tensão ( )α X deformação ( )ε , e pode assumir valores diferentes dependendo de cada fase da curva. 7.4.9 RESISTÊNCIA AO PUNCIONAMENTO a) Puncionamento estático: – símbolo:Fp – unidade: (KN, N) Representa o esforço concentrado e praticamente estático que pedras, arames e outros objetos contundentes aplicam no geotêxtil durante sua instalação e/ou vida útil. O ensaio consiste em se fazer penetrar uma determinada punção sobre a amostra de geotêxtil e medir o esforço necessário para tal. b) Puncionamento dinâmico – símbolo : Wi – Unidade : (J) Manual de Drenagem de Rodovias 319 MT/DNIT/DPP/IPR Representa a solicitação dinâmica pontual que pedras e enrocamentos lançados impõe sobre o geotêxtil especialmente