FACULDADE DO VALE DO IPOJUCA – FAVIP

ENGENHARIA CIVIL

KATARINA

MAYARA MARQUES

NATÁLIA CARDOSO LIMA

EMPUXO DE TERRA E MUROS DE ARRIMO

CONDIÇÕES DE ESTABILIDADE E DRENAGEM

CARUARU

2011

KATARINA

MAYARA MARQUES

NATÁLIA CARDOSO LIMA

EMPUXO DE TERRA E MUROS DE ARRIMO

CONDIÇÕES DE ESTABILIDADE E DRENAGEM

Trabalho solicitado pela professora DSc. Albanise Raposo referente à matéria de mecânica dos solos II do curso de Engenharia Civil, turma 0901, da instituição FAVIP.

CARUARU

2011

Sumário

1.0 Introdução_____________________________________________________________03

2.0 Desenvolvimento________________________________________________________04

2.1 Definições_____________________________________________________________04

2.2 Movimentações de Terra__________________________________________________05

2.2.1 Quedas______________________________________________________________06

2.2.2 Tombamentos_________________________________________________________07

2.2.3 Escorregamentos_______________________________________________________08

2.2.4 Expansões Laterais_____________________________________________________09

2.2.5 Escoamento___________________________________________________________09

2.2.6 Subsidências__________________________________________________________10

2.3 Causas de Deslizamentos__________________________________________________10

2.4 Estabilidade influências___________________________________________________12

2.5 Taludes________________________________________________________________13

2.6 Drenagem______________________________________________________________15

2.7 Muros de Arrimo________________________________________________________16

2.7.1 Métodos Construtivos___________________________________________________17

2.8 Soluções_______________________________________________________________19

1.0 Introdução

2.58 Outras Utilidades

Segundo a reportagem da revista aU (arquitetura e urbanismo) publicada em outubro de 2008, A residência ocupa um terreno bastante inclinado e por isso foi construída em dois níveis configurados por muros de arrimo de pedra, que também atuam como fundação.

Por ter sido construída em um terreno com uma declividade superior a 30%, optou-se por criar dois níveis configurados por muros de arrimo de pedra que como já citado também atuam como fundação.

2.45 Terra Firme

Conheça os vários métodos de contenção dos terrenos inclinados e veja quais as soluções para calcular ou reforçar os taludes. Cortar ou aterrar terrenos pode ser um grande desafio à física e à matemática: muitas vezes, de acordo com a resistência ao cisalhamento e a umidade que permeia o terreno, o rompimento de um talude pode fazer com que as ideias de um projeto de engenharia de solos escorreguem pelas encostas. Contudo, para a prevenção de deslizamentos em rodovias, encostas, rios e canais, ou até mesmo nas paredes de garagens subterrâneas, a tecnologia já encontrou diversas soluções.

"Não há uma única fórmula que indique qual o melhor sistema de contenção de taludes para cada uma dessas situações", afirma o engenheiro e professor da Escola de Engenharia Mauá Nélcio Azevedo Júnior. Ele reúne as diferentes soluções em três grupos básicos. O primeiro consiste em métodos de redução da pressão neutra, já que a água é, geralmente, a principal causa de rupturas. "O grande problema das encostas é a água; e a alternativa é, sem dúvida, a drenagem, que pode ser feita com drenos fibroquímicos, horizontais profundos (DHP) ou trincheiras drenantes e materiais permeáveis, como a areia", exemplifica. É bastante provável também que seja necessário alterar a geometria do terreno, caso ele esteja pouco inclinado, ou vertical demais.

Criar uma berma ou tirar o peso excessivo de cima do talude são alguns dos métodos indicados. "Em muitos casos, contudo, não se tem espaço físico nem acesso suficiente de terreno para que ele possa ser tratado em sua geometria", justifica o professor, apontando, nesses casos, a utilização de elementos externos, como muros de arrimo, solos grampeados, tirantes, estacas, paredes-diafragma ou geotêxteis.

Como não há uma única solução para cada caso, é necessário fazer um estudo aprofundado do solo e ter criatividade. Às vezes, será necessário combinar algumas dessas soluções: "Tudo depende do solo", confirma a professora do Departamento de Estruturas e Geotécnica da Escola Politécnica da USP,Heloisa Helena Silva Gonçalves. "Primeiro, se há espaço para cortar o talude, o ideal é projetá-lo em um determinado ângulo no qual não seja necessário fazer mais nada, além da cobertura com grama, que evita a erosão do solo.Caso o solo seja bom, mais coesivo, o talude até poderá ser mais vertical, ou seja, o ângulo de corte pode até ser maior que o de atrito", explica a professora.

Os tirantes estão entre as soluções mais modernas de contenção de taludes; entretanto, seus custos são mais elevados.

Os muros de arrimo, tradicional solução estrutural, podem ser executados com pedras ou ainda pedras argamassadas ou solo-cimento ensacado.

Parâmetros

Os parâmetros que representam o comportamento do solo podem ser obtidos por ensaios de laboratórios. Estes são utilizados em cálculo de estabilidade do talude, com programas para dimensionamento (há métodos também disponíveis em livros didáticos).

"Para aumentar a segurança de um talude pode-se fazer o retaludamento. O método consiste em reduzir a inclinação do talude ou na construção de bermas intermediárias",

afirma o professor coordenador de pós-graduação em Engenharia Geotécnica da Poli-USP Marcos Massao Futai. "A grama tem função superficial e é uma proteção, não pode ser vista como elemento de contenção ou estabilização", define. "Quando é preciso cortar o talude em ângulo mais íngreme, usam-se técnicas de contenção."

"Às vezes não é possível invadir um terreno para se fazer o talude, ou ainda os prazos são muito curtos. A cortina atirantada, mesmo que mais cara, pode ser a melhor solução", simula Nélcio, que defende uma avaliação ponderada do custo–benefício, caso a caso.

Além das condições de solo – permeabilidade e acumulação de água – e logística para execução da obra, outros itens como localidade, distância dos fornecedores, disponibilidade de materiais, equipamentos e mão-de-obra determinarão o melhor sistema para cada encosta.

"É sempre bom pesquisar os preços dos materiais, o que está mais viável no momento, se é o concreto, ou o metal ou os geossintéticos", aconselha Heloisa. Assim, se existe uma obra já em andamento numa região onde tirantes estão sendo empregados, vale a pena avaliar, pois pode ser essa a solução mais barata no momento. "Porém, não perca no desempenho técnico com a procura pelo mais barato. É preciso ter, para todos os métodos avaliados, o mesmo coeficiente de segurança, para depois ver qual é o mais em conta", ensina. Todo esse planejamento será feito em projeto, com cálculo dos esforços, análise dos possíveis sistemas e seus respectivos preços, além das possibilidades de execução. Os especialistas mencionaram como métodos de cálculo mais utilizados os de Rankine, que admite terrapleno horizontal, material não-coesivo e ausência de água; e de Coulomb, que considera a superfície plana de ruptura, calculando-se o equilíbrio das forças para diferentes ângulos de cunhas de ruptura, onde o empuxo ativo é o maior valor de empuxo obtido.

"As primeiras teorias de Coulomb falavam que o escorregamento ocorria como uma cunha – o cálculo teve de ser adaptado, já que hoje se sabe que esse movimento do solo é circular", conta Nélcio. "Coulomb enxergou esse fenômeno, mas não teve em mãos o instrumental matemático suficiente para chegar à função da curva; assim, seu esquema simplificado era funcional porque superdimensionava o fenômeno", relata. O projeto geotécnico de uma contenção é realizado por engenheiros geotécnicos. Eles definem a melhor solução técnico-econômica. A execução da obra é realizada por empresas especializadas, pois muitas vezes são necessários equipamentos e mão-de-obra especializados.

Para garantir maior segurança, há monitoramentos de obra que controlam, por diversos instrumentos, todas as movimentações do solo. A cada movimento, é preciso que se introduza uma nova solução ou reforço. Mas, no mundo da tecnologia e da criatividade, o que vale ainda é a velha regra: prestar sempre atenção às novidades que o mercado e os pesquisadores oferecem.

Em linhas gerais, os processos para estabilização de encostas consistem em: eliminação da água, atenuação da pressão de água e dos efeitos de gravidade, e controle da erosão. A eliminação da água dá-se pela captação de fontes e bolsões aqüíferos, regularização do escoamento ou drenagem superficial. Esses métodos tendem a baixar o nível da água para um ponto abaixo da provável linha de ruptura. Tubos metálicos perfurados podem ser verticalmente instalados no solo e estarem ligados a bombas de sucção na superfície. A dificuldade maior, nesse caso, é manter o funcionamento da bomba, o que pode inviabilizar a solução.

As DHPs (drenagens horizontais profundas) consistem em tubos horizontais perfurados (normalmente de PVC enrolados em material geotêxtil), envoltos por areia ou material permeável, que ajuda a água a encontrar o caminho mais fácil de saída para bem longe da superfície externa da contenção. Não se pode, contudo, esquecer da drenagem superficial, com valetas nas cristas ou plataformas, nem de regularizar o escoamento, com terraceamento, valeteamento ou aterro de depressões. Já os geodrenos verticais fibroquímicos eliminam rapidamente a água dos solos argilosos moles e pouco permeáveis, permitindo aumento da resistência ao cisalhamento.

O processo de consolidação começa quando o terreno, ao ser comprimido, filtra a água contida entre os poros das partículas sólidas, reduzindo seu volume e diminuindo sensivelmente o percurso a ser tomado pela água até uma região permeável e sem pressões. A execução do dreno vertical, que pode chegar a 40 m de profundidade, é feita com a ajuda de um guindaste e com a introdução de um material de elevado coeficiente de permeabilidade e capacidade de resistir aos esforços pelo adensamento e execução de aterros.

Para a atenuação de efeitos de gravidade, opta-se por aliviar o peso com terraceamento ou escavações no alto do talude, ou ainda por bermas de equilíbrio ao lado ou no pé dos mesmos. A redução da declividade também pode ser uma solução viável. Pode ser necessário que o solo seja reforçado já durante a execução. Nesse caso, fitas metálicas ou geossintéticos são usados como armadura, dando origem ao nome 'terra armada', como também é conhecida. Os geossintéticos são geogrelhas, geomalhas, geomembranas, geocompostos ou geocélulas, inseridos em camadas de solo compactado na construção do aterro, para equilibrar uma provável ruptura.

A proteção do solo reforçado não é feita com concreto projetado. Normalmente leva placas pré-moldadas ou simplesmente grama. O mesmo vale para os solos grampeados, onde barras de aço são inseridas, sem tração, ou chumbadores são instalados no solo em corte com o revestimento na face do talude. A injeção da argamassa é realizada por um tubo (perdido) e a extremidade pode ser simplesmente dobrada ou fixada com placa, rosca e porca. Ao mesmo tempo, drenos profundos (tubos PVC rígidos 1 ½'' a 2'', envoltos por telas de comprimentos que variam entre 6 e 18 m), canaletas ou descidas de água são executados. A armação, na maioria das vezes, é uma tela soldada, seguida de concreto projetado.

Alternativa a essa última seria a aplicação do concreto com fibras.

A contenção com concreto projetado é um método bastante difundido em encostas às margens de rodovias.

Composto por polímeros fundidos e extrudados, os geotêxteis têm boa permeabilidade, o que evita a saturação do talude.

Os gabiões são um dos sistemas mais utilizados para contenções: a pedra britada envolvida por gaiolas garante que a estrutura seja drenável e deformável.

Jet-grouting

O jet-grouting é uma técnica de reforço do solo com misturas líquidas de cimento jateadas. Primeiramente o bico penetra o solo injetando água, para revolver o solo, para depois subir formando uma coluna de solo-cimento. A formação de paredes com uma seqüência de colunas permite que se façam as escavações posteriormente. Pode-se entender uma coluna em jet-grouting como elemento de contenção (parede de solo-cimento) ou coluna de reforço (estaca).As diferentes tecnologias no mercado permitem que as colunas cheguem a ter 190 cm de diâmetro.

No caso das cortinas atirantadas, que são construídas a partir do topo em faixas horizontais, à medida que o corte é executado, as ancoragens são barras ou tirantes embutidos no próprio maciço que será arrimado, e podem funcionar à tração de até 1.500 kN. Em aterros, após cada uma das etapas, os tirantes são instalados. Caso a cortina atinja o lençol freático, drenos profundos deverão ser instalados. As paredes-diafragma também podem ser construídas de cima para baixo: elas são executadas em painéis ou lamelas (sucessivos ou alternados), de continuidade assegurada por tubo ou chapa-junta, colocado após o início do endurecimento do concreto. Versátil, esse sistema aplica-se bem a serviços de subfundação e de proteção de obras ameaçadas por ação das águas, grandes obras hidráulicas, obras de canalização, buracos subterrâneos, como no caso de construções para metrô ou garagens. Feito in loco, o diafragma nada mais é que um muro

contínuo e vertical de concreto armado com espessura que pode chegar a 120 cm. Hoje é possível encontrar a utilização de pré-moldados de concreto armado ou protendido na execução dessas paredes.

Estacas raiz

Outro meio de conter os empuxos horizontais são as estacas raiz, que também são concretadas in loco, com diâmetro que vai de 80 a 450 mm. Executadas em direção vertical ou inclinada, utiliza-se de rotação ou rotopercussão com circulação de água, lama betonítica ou ar comprimido e pode atravessar qualquer tipo de terreno. A concretagem é feita de baixo para cima, aplicando-se pressão controlada, de acordo com a natureza do solo.A evolução tecnológica permitiu que o processo de perfuração não provocasse vibrações ou descompressão do terreno. A estaca raiz resiste a cargas de tração muito altas e os equipamentos mais modernos permitem executá-las com uso de cargas de até 1.500 kN. Há muros de arrimo, contudo, que só podem ser construídos de baixo para cima, como é o caso dos pesos aplicados na base dos taludes, para que um contra-empuxo seja maior que o empuxo ativo, no ponto de ruptura. Assim, impede-se que tudo venha abaixo.

Eles podem ser gabiões ou cribwalls (elementos vazados de concreto, aço ou madeira, preenchidos com o próprio material do corte), sacos de areia, cimento ou até mesmo pneus. Embora todas as soluções, inclusive os retaludes, devam apresentar um sistema de drenagem adequado, o espaço físico disponível, as condições de acesso, o material disponível, os custos e o tipo de solo devem ser estudados para conseguir-se um sistema eficiente.

O princípio de funcionamento das estruturas de contenção é o mesmo, independente do método. Todas promovem, ativa ou passivamente, resistência ao deslocamento de terra e ruptura ocasionados pelo corte. A diferença principal diz respeito ao local de apoio de tais estruturas. Enquanto o muro de arrimo é um peso independente, que lança mão apenas da gravidade para funcionar, o método denominado solo grampeado e as cortinas atirantadas procuram a zona resistente para se fixarem, penetrando no mesmo solo que devem estabilizar. (JUNHO 2007, TÉCHNE 123)

Falta ao profissional recém-formado entender a relação entre causa e efeito?

A maioria dos profissionais recém-formados fica sem saber o que fazer diante de uma situação de um sinistro.É comum, por exemplo, num desmoronamento de muro de arrimo a primeira providência ser a retirada da terra do pé do talude. Já participamos de casos assim, alertamos para o risco, porém não fomos ouvidos, levando à movimentação do talude e a um agravamento dos danos.