muros de arrimo

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Estruturas de Contenção 1

Estruturas de Contenção Muros de Arrimo

1. D efinição2
2. Tipos de Muros2
2.1. Muros de Gravidade2
2.1.1. Muros de alvenaria de pedra2
2.1.2. Muros de concreto ciclópico ou concreto gravidade3
2.1.3. Muros de gabião4
2.1.3.1. Muros em fogueira (“crib wall”)5
2.1.4. Muros de sacos de solo-cimento6
2.1.5. Muros de pneus8
2.1.6. Muros de Flexao9
3. Influência da Água1
3.1. Siste mas de Drenagem12
4. Estabilidade de Muros de Arrimo19
4.1. Cálculo dos esforços Rankine x Coulomb20
4.2. Método construtivo23
4.3. Parâ metros de resistência23
4.4. Segurança contra o Tombamento24
4.5. Segurança contra o Deslizamento25
4.6. Capacidade de Carga da Fundação29
4.7. Segurança contra a Ruptura Global31
4.7.1. Método das Fatias - Fellenius32
5. Exemplos de Dimensionamento34
6. Apendice I – detalhes construtivos para muros de pneus41
6.1. Materiais41
6.2. Di mensionamento43

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1. DEFINIÇÃO

Muros são estruturas corridas de contenção de parede vertical ou quase vertical, apoiadas em uma fundação rasa ou profunda. Podem ser construídos em alvenaria (tijolos ou pedras) ou em concreto (simples ou armado), ou ainda, de elementos especiais.

Os muros de arrimo podem ser de vários tipos: gravidade (construídos de alvenaria, concreto, gabiões ou pneus), de flexão (com ou sem contraforte) e com ou sem tirantes.

Terrapleno ou reaterro fundaçao dente corpo tardoz base crista

Figura 1 Terminologia

2. TIPOS DE MUROS1 2.1. Muros de Gravidade

Muros de Gravidade são estruturas corridas que se opõem aos empuxos horizontais pelo peso próprio. Geralmente, são utilizadas para conter desníveis pequenos ou médios, inferiores a cerca de 5m. Os muros de gravidade podem ser construídos de pedra ou concreto (simples ou armado), gabiões ou ainda, pneus usados.

2.1.1. Muros de alvenaria de pedra

Os muros de alvenaria de pedra são os mais antigos e numerosos. Atualmente, devido ao custo elevado, o emprego da alvenaria é menos freqüente, principalmente em muros com maior altura (Figura 2).

1 Manual da Geo-Rio – Capítulo 3

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No caso de muro de pedras arrumadas manualmente, a resistência do muro resulta unicamente do embricamento dos blocos de pedras. Este muro apresenta como vantagens a simplicidade de construção e a dispensa de dispositivos de drenagem, pois o material do muro é drenante. Outra vantagem é o custo reduzido, especialmente quando os blocos de pedras são disponíveis no local. No entanto, a estabilidade interna do muro requer que os blocos tenham dimensões aproximadamente regulares, o que causa um valor menor do atrito entre as pedras.

Muros de pedra sem argamassa devem ser recomendados unicamente para a contenção de taludes com alturas de até 2m. A base do muro deve ter largura mínima de 0,5 a 1,0m e deve ser apoiada em uma cota inferior à da superfície do terreno, de modo a reduzir o risco de ruptura por deslizamento no contato muro-fundação.

Quanto a taludes de maior altura (cerca de uns 3m), deve-se empregar argamassa de cimento e areia para preencher os vazios dos blocos de pedras. Neste caso, podem ser utilizados blocos de dimensões variadas. A argamassa provoca uma maior rigidez no muro, porém elimina a sua capacidade drenante. É necessário então implementar os dispositivos usuais de drenagem de muros impermeáveis, tais como dreno de areia ou geossintético no tardoz e tubos barbacãs para alívio de poropressões na estrutura de contenção.

Figura 2 Muros de alvenaria de pedra

2.1.2. Muros de concreto ciclópico ou concreto gravidade

Estes muros (Figura 3) são em geral economicamente viáveis apenas quando a altura não é superior a cerca de 4 metros. O muro de concreto ciclópico é uma estrutura construída mediante o preenchimento de uma fôrma com concreto e blocos de rocha de dimensões variadas. Devido à

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Estruturas de Contenção 4 impermeabilidade deste muro, é imprescindível a execução de um sistema adequado de drenagem.

A sessão transversal é usualmente trapezoidal, com largura da base da ordem de 50% da altura do muro (Figura 20). A especificação do muro com faces inclinadas ou em degraus pode causar uma economia significativa de material. Para muros com face frontal plana e vertical, devese recomendar uma inclinação para trás (em direção ao retroaterro) de pelo menos 1:30 (cerca de 2 graus com a vertical), de modo a evitar a sensação ótica de uma inclinação do muro na direção do tombamento para a frente.

Os furos de drenagem devem ser posicionados de modo a minimizar o impacto visual devido às manchas que o fluxo de água causa na face frontal do muro. Alternativamente, pode-se realizar a drenagem na face posterior (tardoz) do muro através de uma manta de material geossintético (tipo geotêxtil). Neste caso, a água é recolhida através de tubos de drenagem adequadamente posicionados.

Figura 3 Muros de concreto ciclópico (ou concreto gravidade)

2.1.3. Muros de gabião

Os muros de gabiões (Figura 4) são constituídos por gaiolas metálicas preenchidas com pedras arrumadas manualmente e construídas com fios de aço galvanizado em malha hexagonal com dupla torção. As dimensões usuais dos gabiões são: comprimento de 2m e seção transversal quadrada com 1m de aresta. No caso de muros de grande altura, gabiões mais baixos (altura = 0,5m), que apresentam maior rigidez e resistência, devem ser posicionados nas camadas inferiores, onde as tensões de compressão são mais significativas. Para muros muito longos,

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Estruturas de Contenção 5 gabiões com comprimento de até 4m podem ser utilizados para agilizar a construção. A Figura 21 apresenta ilustrações de gabiões.

A rede metálica que compõe os gabiões apresenta resistência mecânica elevada. No caso da ruptura de um dos arames, a dupla torção dos elementos preserva a forma e a flexibilidade da malha, absorvendo as deformações excessivas. O arame dos gabiões é protegido por uma galvanização dupla e, em alguns casos, por revestimento com uma camada de PVC. Esta proteção é eficiente contra a ação das intempéries e de águas e solos agressivos (Maccaferri, 1990).

As principais características dos muros de gabiões são a flexibilidade, que permite que a estrutura se acomode a recalques diferenciais e a permeabilidade.

Figura 4. Muro Gabião 2.1.3.1. Muros em fogueira (“crib wall”)

“Crib Walls” (Figura 5) são estruturas formadas por elementos pré-moldados de concreto armado, madeira ou aço, que são montados no local, em forma de “fogueiras” justapostas e interligadas longitudinalmente, cujo espaço interno é preenchido com material granular graúdo. São estruturas capazes de se acomodarem a recalques das fundações e funcionam como muros de gravidade.

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Figura 5. Muro Crib wall

2.1.4. Muros de sacos de solo-cimento

Os muros (Figura 6, Figura 7) 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).

O solo utilizado é inicialmente submetido a um peneiramento em uma malha de 9mm, para a retirada dos pedregulhos. Em seguida, 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.

realizada manualmente com soquetes

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. A compactação é em geral

As faces externas do muro podem receber uma proteção superficial de argamassa de concreto magro, para prevenir contra a ação erosiva de ventos e águas superficiais.

Esta técnica tem se mostrado promissora devido ao baixo custo e pelo fato de não requerer mão de obra ou equipamentos especializados. 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). Como vantagens adicionais, pode-se citar a facilidade de execução do muro com forma curva (adaptada à topografia local) e a adequabilidade do uso de solos residuais.

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Figura 6. Muro de contenção com sacos de solo-cimento

Figura 7. Ilustração de muro com sacos de solo-cimento

Resultados típicos de ensaios de laboratório com misturas de solo-cimento estão resumidos na Tabela 1. Nestes ensaios, foram utilizados solos residuais jovens gnáissicos (70 a 90% de areia). A variação do teor de cimento pouco afeta os resultados de compactação; no entanto, a rigidez e a resistência crescem significativamente. Deve-se ainda ressaltar que, após um mês de cura, foram observados valores de σr cerca de 50 a 100% superiores aos obtidos aos sete dias. Como conclusão recomenda-se um teor de cimento (C/S) da ordem de 7 a 8% em peso para a estabilização dos solos em obras de contenção de encostas.

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Tabela 1. Parâmetros típicos de misturas de solo-cimento (Marangon, 1992)

C/S (%) ω (%) γd (kN/m3) E (MPa) σr (kPa) 0 14,1 17,2 -- --

Nota: C/S = porcentagem em peso do teor de cimento na mistura ω e γd são, respectivamente, teor de umidade ótima e peso específico seco máximo, resultados de compactação proctor normal

E = módulo de elasticidade σr = resistência à compressão simples da mistura de solo-cimento (cura de 7 dias)

2.1.5. Muros de pneus

baixo custo, comparativamente aos materiais convencionais

Os muros de pneus (Figura 8) são construídos a partir do lançamento de camadas horizontais de pneus, amarrados entre si com corda ou arame e preenchidos com solo compactado. Funcionam como muros de gravidade e apresentam com vantagens o reuso de pneus descartados e a flexibilidade. A utilização de pneus usados em obras geotécnicas apresenta-se como uma solução que combina a elevada resistência mecânica do material com o

Sendo um muro de peso, os muros de solo-pneus estão limitados a alturas inferiores a 5m e à disponibilidade de espaço para a construção de uma base com largura da ordem de 40 a 60% da altura do muro. No entanto, deve-se ressaltar que o muro de solo-pneus é uma estrutura flexível e, portanto, as deformações horizontais e verticais podem ser superiores às usuais em muros de peso de alvenaria ou concreto. Assim sendo, não se recomenda a construção de muros de solo-pneus para contenção de terrenos que sirvam de suporte a obras civis pouco deformáveis, tais como estruturas de fundações ou ferrovias.

Como elemento de amarração entre pneus, recomenda-se a utilização de cordas de polipropileno com 6mm de diâmetro. Cordas de náilon ou sisal são facilmente degradáveis e não devem ser utilizadas. O peso específico do material solo-pneus utilizado em muro experimental foi determinado a partir de ensaios de densidade no campo (Medeiros et al.; 1997), e varia na faixa de 15,5 kN/m3 (solo com pneus inteiros) a 16,5 kN/m3 (solo com pneus cortados).

forma a minimizar os espaços vazios entre pneus

O posicionamento das sucessivas camadas horizontais de pneus deve ser descasado, de

A face externa do muro de pneus deve ser revestida, para evitar não só o carreamento ou erosão do solo de enchimento dos pneus, como também o vandalismo ou a possibilidade de incêndios. O revestimento da face do muro deverá ser suficientemente resistente e flexível, ter boa aparência e ser de fácil construção. As principais opções de revestimento do muro são

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Estruturas de Contenção 9 alvenaria em blocos de concreto, concreto projetado sobre tela metálica, placas pré-moldadas ou vegetação.

Figura 8 Muro de pneus 2.1.6. Muros de Flexao

Muros de Flexão são estruturas mais esbeltas com seção transversal em forma de “L” que resistem aos empuxos por flexão, utilizando parte do peso próprio do maciço, que se apóia sobre a base do “L”, para manter-se em equilíbrio.

Em geral, são construídos em concreto armado, tornando-se anti-econômicos para alturas acima de 5 a 7m. A laje de base em geral apresenta largura entre 50 e 70% da altura do muro. A face trabalha à flexão e se necessário pode empregar vigas de enrijecimento, no caso alturas maiores.

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Figura 9. Muro 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 (Figura 10). Tratando-se de laje de base interna, ou seja, sob o retroaterro, os contrafortes devem ser adequadamente armados para resistir a esforços de tração. No caso de laje externa ao retroaterro, os contrafortes trabalham à compressão. Esta configuração é menos usual, pois acarreta perda de espaço útil a jusante da estrutura de contenção. Os contrafortes são em geral espaçados de cerca de 70% da altura do muro.

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Figura 10. Muro com contraforte

Muros de flexão (Figura 1) podem também ser ancorados na base com tirantes ou chumbadores (rocha) para melhorar sua condição de estabilidade. Esta solução de projeto pode ser aplicada quando na fundação do muro ocorre material competente (rocha sã ou alterada) e quando há limitação de espaço disponível para que a base do muro apresente as dimensões necessárias para a estabilidade.

Figura 1 Muro de concreto ancorado na base: seção transversal

3. INFLUÊNCIA DA ÁGUA

Grande parte dos acidentes envolvendo muros de arrimo está relacionada ao acúmulo de água no maciço. A existência de uma linha freática no maciço é altamente desfavorável,

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Estruturas de Contenção 12 aumentando substancialmente o empuxo total. O acúmulo de água, por deficiência de drenagem, pode duplicar o empuxo atuante. O efeito da água pode ser direto, resultante do acúmulo de água junto ao tardoz interno do muro, ou indireto, produzindo uma redução da resistência ao cisalhamento do maciço em decorrência do acréscimo das pressões intersticiais. A resistência ao cisalhamento dos solos é expressa pela equação:

τ = c’ + σ’ tan φ’ = c’ + (σ − u) tan φ’ onde: c’ e φ’ = parâmetros de resistência do solo; σ’= tensão normal efetiva; σ = tensão normal total ; u = poropressão.

O efeito direto é o de maior intensidade podendo ser eliminado ou bastante atenuado, por um sistema de drenagem eficaz. Todo cuidado deve ser dispensado ao projeto do sistema de drenagem para dar vazão a precipitações excepcionais e para que a escolha do material drenante seja feita de modo a impedir qualquer possibilidade de colmatação ou entupimento futuro.

3.1. Sistemas de Drenagem2

Para um comportamento satisfatório de uma estrutura de contenção, é fundamental a utilização de sistemas eficientes de drenagem. Os sistemas de drenagem podem ser superficiais ou internos. Em geral, os projetos de drenagem combinam com dispositivos de proteção superficial do taluder.

Sistemas de drenagem superficial devem captar e conduzir as águas que incidem na superfície do talude, considerando-se não só a área da região estudada como toda a bacia de captação.

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