Solo Grampeado: definições, desenvolvimento e aplicações

Solo Grampeado: definições, desenvolvimento e aplicações

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2 Solo Grampeado: definições, desenvolvimento e aplicações

2.1. Histórico e desenvolvimento

2.1.1. Origens do solo grampeado

A técnica de solo grampeado tem origem na técnica de execução de suportes de galerias e túneis denominada NATM (“New Austrian Tunneling Method”), aplicada na engenharia de minas. Esta técnica foi desenvolvida pelo professor Landislau Von Rabcewicz, a partir de 1945, para avanço de escavações em túneis rochosos (Figura 1). O método NATM (Figura 1b) consiste na aplicação de um suporte flexível para permitir que o terreno se deforme, ocorrendo uma formação de uma região plastificada no entorno da escavação, que pode ser reforçada através de chumbadores. Logo após a escavação, a cavidade que está submetida ao efeito do peso de terras e tensões confinantes, é estabilizada com um revestimento flexível de concreto projetado (espessura entre 10 e 30 cm), tela metálica, cambotas e chumbadores curtos radiais introduzidos na zona plástica. Em geral, os chumbadores são dispostos a cada 3 a 6m ao longo da galeria (Clouterre, 1991) e são inseridos no maciço por percussão ou perfuração com posterior injeção de nata de cimento. Ao contrário, no método convencional de execução de túneis (Figura 1a), os deslocamentos do terreno são impedidos por um revestimento rígido que, por sua vez, mobiliza no maciço, esforços muito maiores, sendo portanto, uma solução mais onerosa. Pode-se afirmar, então, que uma escavação de solo grampeado está para a execução de túneis com revestimento flexível da mesma forma que a solução convencional de túneis se compara a uma cortina ancorada (Ortigão e Sayão, 2000).

Após as aplicações da técnica NATM em rochas duras, novas experiências foram efetuadas em materiais menos resistentes, tais como rochas brandas e posteriormente em solos (siltes, pedregulhos e areia) com o nome de solo grampeado ou pregado (“soil nailing”, em inglês; “clouage du sol”, em francês).

A técnica de solo grampeado passou a se desenvolver então a partir do início dos anos 70. Países como França, Alemanha e Estados Unidos lideraram pesquisas no sentido de se obter conhecimentos deste método de estabilização.

revestimento rígido chumbadores revestimento flexível zona plastificada

(a)(b)

Figura 1. Técnicas de execução de túneis com revestimento rígido (a) e flexível (b) (Ortigão e Sayão, 2000).

2.1.2. Definição da técnica

O solo grampeado é uma técnica bastante eficaz no que diz respeito ao reforço do solo “in situ” em taludes naturais ou taludes resultantes de processo de escavação. O grampeamento do solo é obtido através da inclusão de elementos lineares passivos, semi-rígidos, resistentes à flexão composta, denominados grampos. Os grampos podem ser barras ou tubos de aço ou ainda, barras sintéticas de seção cilíndrica ou retangular. Estes elementos de reforço são posicionados horizontalmente ou inclinados no maciço, de forma a introduzir esforços resistentes de tração e cisalhamento (Ortigão et al., 1993). Sua função é minorar os deslocamentos do maciço terroso pelo acréscimo de forças internas contrárias ao sistema natural de acomodação de massa (Silva et al., 2001). A descompressão progressiva do solo, em função das sucessivas fases de escavação ou de uma configuração de ruptura do maciço, gera deslocamentos laterais no solo. Estes deslocamentos, então, induzem ao surgimento de forças internas aplicadas no sistema solo-reforço. Resultados de instrumentação de campo realizada por Unterreiner et al. (1995) confirmam este mecanismo.

Geralmente, o comportamento de um sistema de reforço de solo depende da mobilização dos esforços nas inclusões. A Tabela 1 indica os esforços considerados em cada sistema de reforço (Schlosser, 1982). A aplicação e objetivo de alguns métodos são sumariados na Tabela 2 (Gässler, 1990) e ilustrados pela Figura 2 (Byrne et al., 1998).

Tabela 1. Tipo de solicitação em reforço de solo (Schlosser, 1982)

Sistema de reforço

Solicitação Terra Armada Solo Grampeado Micro-Estacas Colunas de Brita Tração (X) (X) (X)

Compressão (X) (X) Cisalhamento (X) (X) Flexão (X) (X)

Tabela 2. Aplicações e objetivos de um sistema de reforço (Gässler, 1990)

Eficácia do reforço

Aplicações e objetivos

Grampos Microestacas

Colunas de brita

Aumentar a capacidade de suporte do solo da fundação --- grande grande

Estabilização (natural) de taludes média média pequena Estabilização durante escavações grande pequena --- Redução de recalques --- média grande

Figura 2. Aplicações de sistemas de reforço de solo (Byrne et al., 1998).

As principais metodologias para melhoria e reforço do solo, enfatizando-se as técnicas aplicadas à realidade brasileira são discutidas em Palmeira (1994).

2.1.3. Critérios de aplicação

Dentre as diversas aplicações da técnica de solo grampeado, deve-se citar: 1. Estabilização de taludes naturais (Figura 3a) → inclusão de reforços em taludes, possivelmente instáveis, com inclinações da ordem de 45o a 70o (Lima Filho, 2000); 2. Contenção de escavações temporárias ou permanentes (Figura 3b) associadas às fundações de edifícios, escavações para vias subterrâneas (estacionamentos ou metrô), cortes para implantação de sistemas viários e escavações para portais de túneis; 3. Recuperação de estruturas de contenção tais como, cortinas de terra armada (substituição de tiras ou conexões danificadas por sobrecarga), muros de concreto armado (antes ou logo após as rupturas causadas pela deterioração do muro ou de movimentos a montante) e cortinas atirantadas (após o colapso de ancoragens protendidas, por carregamento excessivo ou por corrosão dos tirantes). Gässler (1990 e 1991) reporta o uso da técnica na recuperação de estruturas antigas na Alemanha que apresentavam uma condição de possível ruptura. Outros exemplos da aplicação em obras de recuperação podem ser vistos em Ingold (2000) e Steenbergen-Kajabová et al. (2005). Quando a técnica é utilizada como estrutura de contenção ou em estabilização de escavações, os grampos são geralmente posicionados horizontalmente e os esforços são principalmente de tração. Ao contrário, quando esta técnica é utilizada para a estabilização de taludes naturais, os elementos de reforço podem ser verticais ou perpendiculares à superfície potencial de ruptura e os esforços de cisalhamento e momentos fletores não devem ser desprezados (Schlosser, 1982).

(a) taludes naturais

(b) escavações

Figura 3. Aplicações usuais de solo grampeado (adaptado de Byrne et al., 1998; Ortigão e Sayão, 2000).

2.1.4. Metodologia executiva, equipamentos e materiais de construção

A construção de uma estrutura de solo grampeado em taludes resultantes de escavações mecânicas ou manuais é realizada em fases sucessivas de cima para baixo, conforme ilustra a Figura 4.

Em taludes naturais ou previamente cortados, o grampeamento pode ser efetuado de forma descendente ou ascendente, conforme a conveniência. Neste caso, a construção da estrutura em solo grampeado consistirá apenas na introdução dos grampos e execução da face de concreto projetado.

Em taludes resultantes de corte, o processo construtivo é constituído por três etapas principais sucessivas: a escavação, a instalação dos grampos e a estabilização do paramento (Figura 5). Em virtude das condições do terreno, a ordem da instalação dos grampos e da estabilização do paramento pode ser invertida.

Figura 4. Construção de estrutura em solo grampeado em escavações com equipamentos mecânicos (Zirlis et al., 1999).

(b) Execução do furo
e injeção do grampo (c) Execução da parede

(a) Escavação em concreto projetado

Figura 5. Principais etapas construtivas em escavações grampeadas.

1. Escavação: Inicia-se o corte do solo na geometria de projeto. As escavações são geralmente realizadas em bancadas, com profundidades variando entre 1 a 2m, em função do tipo de solo. Em geral, os solos capazes de serem grampeados são areias consolidadas, areias úmidas com coesão capilar, argilas adensadas e rochas brandas. No caso de solos arenosos, alturas superiores a 2,0m ou inferiores a 0,5m são raras. Em argilas sobreadensadas, pode-se alcançar profundidades superiores a 2m (Bruce e Jewell, 1987). Para cortes verticais, Gässler (1990), indicou profundidades de cada estágio de escavação em função do tipo de solo (Tabela 3).

Tabela 3. Altura das etapas de escavação (Gässler, 1990) Tipo de solo Incremento de escavação (Hescav)

Pedregulho 0,5m (com coesão aparente) 1,5m (solo com cimentação)

Areia 1,2m (medianamente compacta, com coesão aparente)

1,5m (compacta, com coesão aparente) 2,0m (com cimentação)

Silte 1,2m 2,0m (função do teor de umidade)

Argila 1,5m

(normalmente consolidada) 2,5m (sobreadensada)

Durante as etapas de escavação, o solo deve se manter estável. Assim como em outras técnicas de solo reforçado, a execução de uma estrutura em solo grampeado envolve uma fase crítica durante o processo executivo que corresponde a uma instabilidade local (função da altura de solo a ser escavada). Se o solo não se sustentar pelo período de tempo necessário, sua face recém escavada deve ser estabilizada imediatamente.

Onde possível, é recomendado inclinar a face do talude. Isto reduz consideravelmente a armadura do reforço (Dringenberg e Craizer, 1992). Lima Filho (2000) recomenda uma inclinação de 5o a 10o do paramento, em relação à vertical, para obter-se um ganho na estabilidade geral do conjunto na fase construtiva. Outro procedimento que pode ser realizado para minorar os deslocamentos do talude em solo grampeado, durante as etapas construtivas, é a realização da escavação em bermas ou nichos (Figura 6).

(a) Processo de escavação em bancadas (Lazarte et al., 2003)

(b) Execução de escavação central com 2 bermas de equilíbrio Figura 6. Escavações em bancadas.

2. Colocação dos grampos: A introdução de grampos no solo a ser reforçado pode ser feita na direção horizontal ou com uma pequena inclinação (em geral de 5o a 15o com a horizontal). A Figura 7 mostra diferentes configurações para a extremidade dos grampos.

Berma de equilíbrio Área da escavação

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