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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

JOSÉ IVO MARTINI JOCOSKI

KALLYL HAKIM

METODOLOGIA DE ANÁLISE DAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE

GEOGRELHAS PARA UTILIZAÇÃO EM OBRAS DE ENGENHARIA

CURITIBA

2016

JOSÉ IVO MARTINI JOCOSKI

KALLYL HAKIM

METODOLOGIA DE ANÁLISE DAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE

GEOGRELHAS PARA UTILIZAÇÃO EM OBRAS DE ENGENHARIA

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil. Orientador: Prof. M.e. Heber Augusto Cotarelli de Andrade

CURITIBA

2016

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................... 3

1.1 JUSTIFICATIVA.............................................................................................. 4

1.2 OBJETIVOS ................................................................................................... 4

1.2.1 Objetivo Geral ............................................................................................... 5

1.2.2 Objetivos Específicos .................................................................................. 5

1.3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ....................................................... 5

2 REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................. 6

2.1 GEOSSINTÉTICOS ........................................................................................ 6

2.1.1 Histórico dos Geossintéticos ...................................................................... 6

2.1.2 Funções dos Produtos Geossintéticos ...................................................... 8

2.1.3 Tipos e Classificações dos Geossintéticos ............................................. 10

2.1.4 Geogrelha .................................................................................................... 12

2.1.4.1 APLICAÇÕES COM FUNÇÃO DE REFORÇO ............................................ 13

2.1.4.1.1 REVESTIMENTO ASFÁLTICO .............................................................. 13

2.1.4.1.2 BASE DE PAVIMENTOS ....................................................................... 16

2.1.4.1.3 ATERRO SOBRE SOLOS MOLES ....................................................... 21

2.1.4.1.4 RODOVIAS NÃO PAVIMENTADAS ...................................................... 22

2.1.4.1.5 ATERROS SOBRE ESTACAS .............................................................. 23

2.1.4.1.6 ATERROS SOBRE CAVIDADES .......................................................... 24

2.1.4.1.7 MUROS E TALUDES REFORÇADOS .................................................. 25

2.1.4.2 PROPRIEDADES RELEVANTES................................................................. 26

3 MATERIAIS E MÉTODOS UTILIZADOS ..................................................... 29

3.1 GEOGRELHAS SELECIONADAS ................................................................ 29

3.2 MÉTODOS UTILIZADOS ............................................................................. 34

3.2.1 Pavimentos ................................................................................................. 34

3.2.1.1 Método adaptado da AASHTO (1993) para rodovias pavimentadas ............ 34

3.2.1.2 Base de Pavimentos Primários ..................................................................... 38

3.2.1.3 Restauração ou Reforço de Revestimento Asfáltico ..................................... 41

3.2.2 Contenção ................................................................................................... 42

3.2.2.1 Muros e Taludes - Método de Jewell (1991) ................................................. 42

3.2.3 Aterros ......................................................................................................... 45

3.2.3.1 Sobre Solos Moles ........................................................................................ 45

3.2.3.1.1 Ruptura Generalizada (método de Low et al. 1990) .............................. 46

3.2.3.2 Sobre Estacas .............................................................................................. 51

3.2.3.2.1 Extensão Lateral das Estacas ............................................................... 52

3.2.3.2.2 Arqueamento da Carga Vertical............................................................. 53

3.2.3.2.3 Escorregamento Lateral ........................................................................ 54

3.2.3.2.4 Estabilidade Global ................................................................................ 56

3.2.3.2.5 Deformação do Reforço ......................................................................... 56

3.2.3.3 Sobre Cavidades .......................................................................................... 57

3.2.3.3.1 Teoria do Arqueamento ......................................................................... 58

3.2.3.3.2 Efeito de arqueamento sobre vazio de comprimento infinito ................. 58

3.2.3.3.3 Efeitos de arqueamento sobre vazio circular ......................................... 58

3.2.3.3.4 Teoria da Membrana Tracionada ........................................................... 58

3.2.3.3.5 Tração na geogrelha sobre cavidade de L infinito e largura b ............... 59

3.2.3.3.6 Esforço de tração na geogrelha sobre cavidade circular de raio r ......... 59

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................. 61

4.1 REFORÇO DE BASE EM RODOVIA COM PAVIMENTO PRIMÁRIO ......... 61

4.2 REFORÇO DE BASE EM RODOVIA COM REVESTIMENTO ..................... 62

4.3 REFORÇO DE REVESTIMENTO ASFÁLTICO ............................................ 63

4.4 REFORÇO DE ESTRUTURA FERROVIÁRIA .............................................. 64

4.5 REFORÇO DE BASE DE PAVIMENTO AEROVIÁRIO ................................ 65

4.6 REVESTIMENTO ASFÁLTICO DE PAVIMENTO AEROVIÁRIO ................. 66

4.7 REFORÇO DE BASE DE PAVIMENTO INDUSTRIAL ................................. 67

4.8 REFORÇO PARA CONTENÇÃO COM MUROS E TALUDES ..................... 68

4.9 REFORÇO DE ATERRO SOBRE SOLOS MOLES ...................................... 69

4.10 REFORÇO DE ATERRO SOBRE ESTACAS ............................................... 70

4.11 REFORÇO DE ATERRO SOBRE CAVIDADES ........................................... 71

4.12 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO .......................................................... 71

5 CONCLUSÕES ............................................................................................ 79

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 80

ANEXO A .................................................................................................................. 83

ANEXO B .................................................................................................................. 85

3

1 INTRODUÇÃO

No início da década de 70 no Brasil, surgiu uma nova área de pesquisa para a

engenharia civil com o desafio de encontrar soluções para minimizar os problemas

estruturais encontrados nas rodovias brasileiras e, em 1971, houve as primeiras

utilizações de geossintéticos em rodovias no Brasil como reforço de aterros sobre

solos de baixa capacidade portante. Em pouco tempo, os estudos evoluíram

consideravelmente e a produção e utilização de geossintéticos no Brasil iniciou-se em

1973 com o primeiro geotêxtil nãotecido produzido no Brasil com função de drenagem

composto de filamentos contínuos.

Com o desenvolvimento de pesquisa e aplicações, descobriu-se que a

variedade de aplicações dos produtos geossintéticos como soluções para a

engenharia é muito grande e contempla desde correções superficiais até grandes

obras de contenção. Desde então, a utilização dos geossintéticos tem sido aplicada

em diversas situações como muros e taludes reforçados, reforço de fundações,

aterros sobre estacas, aterros sobre solos moles, aterros cavidades, reforço de base

de pavimentos, filtração, reforço de revestimento asfáltico, contenção em obras

hidráulicas, drenagem, proteção, adensamento de solo compressível, controle de

erosão superficial, barreiras impermeabilizantes, aumento da resistência à tração do

solo, separação de camadas granulares de solo, entre outros.

Atualmente, no Brasil, a produção de geossintéticos é capaz de atender aos

mais variados desafios para a engenharia apresentando em sua vasta gama de

produtos os geotêxteis tecidos e nãotecidos, georredes, geomembranas, geomantas,

geocompostos e geogrelhas, além de geossintéticos criados para situações

específicas, considerando que há hoje em dia mais de cem aplicações diferentes para

geossintéticos de acordo com suas funções, tipos e classificações. Para a utilização

de geossintéticos em qualquer obra, é imprescindível a análise do seu comportamento

em suas interfaces com maciços de solo para que se possa obter acurácia nos dados

técnicos utilizados em projeto.

Em muitos casos, obtém-se economia significativa tanto financeira como de

material granular como, por exemplo, no caso de camadas granulares na base e sub-

base do pavimento devido ao aumento no módulo de resistência à tração

proporcionado pelo geossintético chamado de geogrelha.

4

Dentre a gama de geossintéticos comumente utilizados para reforço de solos

com baixa capacidade de suporte atualmente estão as geogrelhas que são produtos

extrudados, soldados ou tecidos compostos por polímeros em forma de malha

quadrada ou retangular variando seu tamanho de abertura e seus módulos de

resistência à tração no sentido principal e secundário de acordo com a necessidade

de reforço do solo, pré-dimensionamento e condições do solo agindo, principalmente,

na absorção de esforços à tração existentes nas partes inferiores das camadas.

O presente trabalho de pesquisa propõe a utilização de um mecanismo em

forma de fluxograma como instrução e auxílio na escolha de geogrelhas face a

diferentes necessidades na utilização do produto geossintético baseado em

propriedades relevantes, características técnicas dos produtos disponíveis no

mercado brasileiro e em métodos de dimensionamento consagrados para estimativa

de resistência à tração de geossintéticos e espessura de pavimentos proporcionando

mais precisão na decisão sobre a utilização de cada tipo de geogrelha.

A fim de determinar uma sequência lógica, o presente trabalho desenvolve-se

seccionado por capítulos. Desse modo, após a Introdução apresentada no capítulo 1

abordando os assuntos a serem apresentados mais detalhadamente ao longo dos

próximos capítulos, é apresentado o referencial teórico no capítulo 2 abordando os

temas e conceitos utilizados para o desenvolvimento do objetivo do trabalho seguido

da demonstração dos materiais e métodos utilizados no capítulo 3 e da apresentação

dos resultados e discussões no capítulo 4 para, finalmente, serem apresentadas a

conclusão no capítulo 5 e as referências posteriormente.

1.1 JUSTIFICATIVA

A pesquisa se justifica por auxiliar no refino do desenvolvimento das utilizações

de geossintéticos como inclusões de reforço, haja vista que existem muitas variáveis

a serem consideradas mesmo em obras onde a função principal do geogrelha é o

reforço exigindo análise específica para cada aplicação.

1.2 OBJETIVOS

Os objetivos do trabalho estão classificados em Geral e Específicos e estão

descritos nos itens a seguir.

5

1.2.1 Objetivo Geral

Através de comparativo de geogrelhas comercializadas no mercado brasileiro

e estudo de enquadramento de utilização, o objetivo geral do trabalho é instruir a

escolha pela utilização da geogrelha mais apropriada para os diferentes desafios da

engenharia no contexto de reforço de estruturas.

1.2.2 Objetivos Específicos

Os objetivos específicos do trabalho são:

a) Levantamento bibliográfico em torno de geossintéticos no Brasil;

b) Análise de utilização de geogrelhas em obras de reforço;

c) Levantamento de métodos de dimensionamento para geogrelha em

estruturas;

d) Criação de modelo estrutural com síntese dos resultados apurados;

e) Desenvolvimento de fluxograma de orientação para escolha de geogrelha.

1.3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

Em princípio, será executado levantamento de histórico de utilização em que

os geossintéticos foram implementados no Brasil com função de reforço e, em

paralelo, será feita análise da gama de geogrelhas com função de reforço mais

recorrentes em obras de engenharia e suas características técnicas. Com a obtenção

destes dados, será possível criar banco de dados com informações técnicas e

propriedades relevantes sobre as geogrelhas para posterior desenvolvimento de

fluxograma de auxílio para que o usuário seja embasado tecnicamente na escolha da

melhor geogrelha para reforço de solos de acordo com o pré-dimensionamento feito

através de metodologia proposta e necessidade específica de reforço na estrutura.

6

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 GEOSSINTÉTICOS

Historicamente, materiais para reforçar, estabilizar e drenar os solos são

utilizados já há alguns milênios e até meados do século XX, no Brasil e no mundo,

aterros de estradas sobre solos moles eram executados sobre estivas compostas de

vales de madeiras assentadas em camadas perpendiculares formando uma malha.

Sobre a utilização milenar dos geossintéticos, VERTEMATTI (2004 p.2), explica

que:

“A utilização de materiais naturais para melhorar a qualidade dos solos é prática comum de 3000 a.C. Estivas de junco, solo misturado com palha, bambus, etc., em geral materiais vegetais construídos de fibra resistentes, foram empregados nos zigurates da Mesopotâmia, na Grande Muralha da China em várias obras do Império Romano.”.

Algumas soluções alternativas com produtos de origem vegetal também têm

sido utilizadas quando a decomposição e interação com o meio ambiente são

favoráveis ao comportamento da obra. Um exemplo disso é a utilização de reforço em

camada granular utilizada em um trecho da BR-101 no estado de Santa Catarina onde

a solução foi executada com bambus e folhas de bananeira. Vale considerar que a

madeira em ambiente com baixo teor de oxigênio permanece estável por longo

período de tempo, sem se biodegradar. QUEIROZ (2016).

Os geossintéticos têm sido utilizados para solução de problemas diversos

dentro na engenharia civil nas áreas de geotecnia, estradas, estruturas, hidráulica e

saneamento. Segundo DAS (2014 p. 565) [...] geossintéticos são materiais parecidos

com tecido e feitos de polímeros, tais como poliéster, polietileno, polipropileno, PVC,

náilon, polietileno clorado e outros[...]. VERTEMATTI (1998, p.5) propõe a definição

dos geossintéticos como [...] produtos de origem sintética, especialmente concebidos

para utilização em obras de engenharia geotécnica, ambiental, hidráulica e viária [...].

Já VIDAL (1998, p. 16) define os geossintéticos como [...] produtos poliméricos,

industrializados, especialmente desenvolvidos para a Engenharia Geotécnica [...].

2.1.1 Histórico dos Geossintéticos

O desenvolvimento da indústria petroquímica mundial em relação à produção

de polímeros propiciou à indústria têxtil grande evolução no que se refere a materiais

7

sintéticos que serviram, então, para a aplicação na engenharia civil. Surgiu a partir daí

grande variedade de produtos para determinadas finalidades nas áreas de geotecnia,

hidráulica e estradas.

Segundo AGUIAR e VERTEMATTI (2004 p.2), os polímeros criados na primeira

metade do século XX, foram:

• PVC, em 1913, produzidos comercialmente em 1934;

• Poliamida, em 1930, produzidos comercialmente em 1940;

• Poliéster, 1930, produzido comercialmente em 1949;

• Polietileno, em 1949 (baixa resistência), 1954 (alta resistência);

• Polipropileno, em 1954, produzido comercialmente no final dos anos 1950.

Ao longo da década de 1950 foram desenvolvidos os primeiros geotêxteis que

seriam aplicados principalmente como elemento separador em filtros granulométricos,

trazendo vantagens de fácil execução e funcionalidade. Também no início da década,

produtos geotêxteis tecidos surgem com a função de elementos antierosivos e em

obras hidráulicas obteve-se pleno sucesso técnico, porém os produtos eram ainda

economicamente inviáveis. VERTEMATTI (1998, p.4)

Em meados dos 1960, foram executadas as primeiras aplicações em

recapeamento asfáltico nos Estados Unidos e, na Europa, ocorreram as primeiras

aplicações de geotêxteis nãotecidos como elementos separadores de camadas

granulares, porém, foi em 1967, no Japão, que se iniciou o desenvolvimento e se

percebeu a necessidade das geogrelhas após a utilização de georredes em obras de

reforço de aterros sobre solos moles. A partir daí, geossintéticos tecidos e não tecidos

começaram a ganhar mercado e se tornar competitivos como materiais de construção.

Nos anos 70 se expandiu a utilização dos geossintéticos em diversas

aplicações diferentes como contenção de muros, múltiplas camadas para reforço de

talude, recapeamento asfáltico e reforço de grandes aterros e barragens. O primeiro

geossintético fabricado no Brasil foi um geotêxtil não tecido de filamentos contínuos

cuja produção comercial começou em 1973. Naquela década, uma das principais

aplicações foi na rodovia dos Bandeirantes, no Estado de São Paulo, ligando a capital

a Campinas, e que consumiu mais de 500.000m². VERTEMATTI (2004, p.4)

A década de 1980 foi marcada pela criação das padronizações e comitês de

geossintéticos e, com isso, alguns métodos de dimensionamento foram surgindo

assim como uma notável evolução técnica e mercadológica. Além disso, no Brasil,

8

iniciou-se a produção de geotêxteis tecidos com sua primeira aplicação significativa

em reforço de aterro sobre solo de baixa capacidade de suporte no Rio de Janeiro,

em 1981.

No decorrer da década de 1990 houve surgimento de muitos novos produtos

geossintéticos e inúmeros progressos quanto a aplicações gerados a partir dos

estudos teóricos existentes e a diversidade de produtos era tanta que foi então criado

o neologismo “Geossintéticos” para designar a gama de produtos. No Brasil, inicia-

se um grande esforço técnico através do “Seminário sobre Aplicações de

Geossintéticos em Geotecnia – Geossintéticos 92”. VERTEMATTI (1998, p.5)

Atualmente, no Brasil, existem muitos fornecedores de produtos geossintéticos

com tipos e aplicações diferentes capazes de atender às mais complexas obras. A

tabela 1 apresenta algumas das obras mais relevantes realizadas no Brasil com

produtos geossintéticos no período de 1971 a 2002.

Tabela 1 – Obras brasileiras com geossintéticos de 1971 a 2002

Fonte: VERTEMATTI (2004, p. 6)

2.1.2 Funções dos Produtos Geossintéticos

Devido a sua gama de aplicações, o mesmo produto geossintético pode

oferecer diferentes funções na utilização como demonstra a tabela 2 ou ser

concomitantemente utilizado com outros produtos geossintéticos, o que caracteriza

9

uma classe chamada de geocompostos. A norma brasileira ABNT NBR 10.318:2013

– Geossintéticos – Terminologia define as principais funções do geossintéticos como:

• Impermeabilização: Bloqueio ou desvio de fluidos (B)

• Drenagem: Coleta e condução de fluido pelo corpo de um geossintético (D)

• Controle de erosão superficial: Prevenção de erosão superficial de partículas

de solo devido a escoamento superficial de um fluido (E)

• Filtração: Retenção de um solo ou de outras partículas, permitindo a

passagem livre de fluidos em movimento (F)

• Proteção: Limitação ou prevenção de danos a elementos de obras geotécnicas

(P)

• Reforço: Utilização das propriedades mecânicas de um geossintético para a

melhoria do comportamento mecânico de uma estrutura geotécnica (R)

• Separação: Ação de impedir a interação de materiais adjacentes (S)

Tabela 2 – Funções dos geossintéticos nos projetos de engenharia

Fonte: VERTEMATTI (2004, p. 28)

VERTEMATTI (1998, p. 12) fez uma relação de situações e necessidades onde

os geossintéticos utilizados de forma isolada ou combinada se tornam interessantes

executiva e economicamente. São elas:

a) Necessidade de alívio de carga em estrutura de concreto ou sobre solos

compressíveis;

b) Restrições ambientais para obtenção de agregados e/ou materiais de

empréstimo;

10

c) Longas distâncias de transporte para áreas de empréstimos e/ou bota-

foras;

d) Restrições de espaço para trabalhar e/ou estocar;

e) Escassez de agregados: rachão, pedra, areia;

f) Cronograma construtivo apertado;

g) Racionalização da mão-de-obra e;

h) Controle de Qualidade.

2.1.3 Tipos e Classificações dos Geossintéticos

É comum surgirem novos produtos geossintéticos com incorporação de

polímeros para atendimento a necessidades específicas e, por conta disso, nem todos

já foram devidamente definidos e catalogados. A seguir, é apresentada relação com

base na ABNT NBR 10.318:2013 de classificação, definição e siglas de alguns

produtos geossintéticos atualmente utilizados e comercializados no Brasil.

Geocélula [GL]: estrutura polimérica tridimensional, permeável, em forma de casa de

abelha ou similar, produzida a partir de tiras de geossintéticos ligadas entre si.

Geogrelha [GG]: estrutura polimérica planar constituída por malha aberta e regular e

elementos resistentes à tração, unidos por extrusão, solda ou entrelaçamento, com

aberturas maiores que os elementos constituintes.

Geomanta [GA]: estrutura tridimensional permeável, constituída de monofilamentos

poliméricos e/ou outros elementos (sintéticos ou naturais), interligados por meio

mecânico e/ou térmico e/ou químico e/ou outros.

Geotêxtil [GT]: Produto constituído por conjuntos de elementos paralelos

superpostos e completamente conectados a outros elementos similares à vários

ângulos.

Geotêxtil nãotecido [GTnw]: Geotêxtil feito de fibras, filamentos ou outros elementos

distribuídos aleatoriamente, e interligados por processos mecânicos, térmicos ou

químicos.

Geotêxtil tecido [GTw]: Geotêxtil produzido pelo entrelaçamento, habitualmente em

ângulo reto, de dois ou vários conjuntos de fios, filamentos, laminetes ou outros

elementos.

Geocomposto [GC]: material industrializado formado pela superposição ou

associação de materiais, sendo que ao menos um deles é um G.

11

Geocomposto argiloso para barreira impermeabilizante [GCL]: estrutura formada

pela associação de geossintéticos a um material argiloso de baixa condutividade,

desenvolvida para a função de barreira impermeabilizante.

Geocomposto para drenagem [GCD]: composto de geotêxtil filtrante e de georrede

ou geoespaçador drenante.

Geocomposto para reforço [GCR]: estrutura formada pela associação de

geossintéticos não-similares, desenvolvida para reforço.

Como apresentam composição sintética demonstrada na Tabela 3, esses

produtos possuem estabilidade química e são, portanto, aplicados em obras onde se

faz necessária a durabilidade. Normalmente, produtos poliméricos apresentam grande

durabilidade, entretanto, exatamente por este fato, vêm sendo cada vez mais

utilizados em obras de proteção ambiental e, portanto, submetidos a solicitações

químicas e ambientais extremamente rigorosas. Neste caso, o estudo de durabilidade

face a estas condições se torna fundamental. VIDAL (1998, p. 16)

Tabela 3 – Matérias primas utilizadas em geossintéticos

Fonte: VERTEMATTI, J. C. (2004, p. 12)

Para atendimento ao objetivo proposto do trabalho, nos ateremos

especificamente ao produto geossintético geotêxtil Geogrelha, GG explorando suas

diversas aplicações em obras e sua função principal de reforço R que segundo

VERTEMATTI (2004 p. 64) [...] trata-se da utilização da resistência à tração de um

geossintético para reforçar e/ou restringir deformação em estruturas geotécnicas ou

granulares [...]

12

2.1.4 Geogrelha

Geogrelhas são formadas por elementos resistentes à tração e integralmente

conectados. Sua estrutura polimérica possui aberturas maiores do que seus

elementos constitutivos, o que permite uma interação favorável com o solo na

interface.

Segundo QUEIROZ (2016), as geogrelhas são:

“Geossintéticos constituídos de uma série de elementos lineares interligados de forma perpendicular, compostos geralmente de tiras de material sintético (filamentos de poliéster), com alta resistência à tração, formando uma grelha. Em virtude de sua forma geométrica, quando interligado ao solo e/ou rocha, proporciona intertravamento, oferecendo resistência ao cisalhamento ao conjunto”.

As geogrelhas, segundo VERTEMATTI (2004, p.9), também podem ser

definidas como produto com estrutura em forma de grelha com função predominante

de reforço, cujas aberturas permitem a interação do meio em que estão confinadas, e

constituído por elementos resistentes à tração. Ou ainda, pode-se citar a norma NBR

10.318 que define a geogrelha como estrutura plana em forma de grelha constituída

por elementos com função predominante de resistência à tração.

Existe um rigoroso controle tecnológico e de qualidade na produção das

geogrelhas incluindo ensaios de conferência de resistência à tração definida em

projeto, análise de características hidráulicas e aparentes.

No mercado atual, existem diferentes tipos de geogrelha classificadas de

acordo com a matéria prima utilizada, aplicação geotécnica, a maneira como as fibras

são dispostas ou ainda de acordo com o processo de fabricação como exemplifica a

figura 1. No capítulo seguinte, serão apresentadas as características técnicas e

constitutivas de geogrelhas comumente utilizadas em obras de engenharia geotécnica

no Brasil.

13

Figura 1 – Geogrelhas extrudadas, soldadas e tecidas

Fonte: NEOMATEX (http://www.neomatex.com.br/geogrelha-preco)

2.1.4.1 APLICAÇÕES COM FUNÇÃO DE REFORÇO

Segundo VERTEMATTI (2004, p.63) os geossintéticos vêm desempenhando

um papel fundamental, substituindo ou aprimorando técnicas existentes, permitindo

associações e combinações com solos e agregados, resultando em soluções mais

rápidas, mais leves, mais esbeltas, mais confiáveis e mais econômicas.

As geogrelhas para reforço, independentemente da aplicação para a qual são

designadas, são utilizadas em meios pobres de resistência ou capacidade de carga

onde se necessite executar estrutura logo acima para obter adequação da

infraestrutura aos esforços solicitantes ou estabilizar o próprio meio.

A análise realizada sobre estudos de caso e diferentes geogrelhas ofertadas

no mercado demonstra recorrência de algumas aplicações com a função de reforço

que serão abordadas na sequência.

2.1.4.1.1 REVESTIMENTO ASFÁLTICO

O principal sistema de transporte no país é o rodoviário e a ocorrência de

patologias na malha rodoviária é muito grande e gera custos elevados de manutenção

para o governo. Entre estas patologias estão heterogeneidade, redução da espessura

e da resistência da camada granular, além de trincas, fissuras e afundamentos

ocasionados por alto tráfego, isto é, fadiga nos revestimentos asfálticos.

14

O objetivo principal do emprego de geogrelhas em rodovias pavimentadas é a

prevenção de trincas, reduzindo recalques diferenciais. Devido aos avanços

acadêmicos e profissionais na área de aplicações de geossintéticos, já existem

métodos confiáveis de dimensionamento para a utilização da geogrelha nos

revestimentos asfálticos.

O ponto de atenção mais importante é referente ao comportamento da estrutura

ao longo do tempo associado à intensidade do tráfego (número de veículos passantes)

ao qual a camada superior fica exposta. Portanto, o geossintético também deve ter

propriedades asseguradas a longo prazo que permaneçam intactas durante a vida útil

da estrutura. MACHADO (1998, p. 85)

A constante passagem dos pneus dos veículos e os esforços provocados por

eles sobre a pista de rolamento provocam deformações nas regiões de maior

intensidade de rolamento ocasionando as chamadas trilhas de roda, que são trincas

aparentes na superfície do pavimento.

Segundo PEREIRA (2002), o trincamento dos revestimentos asfálticos é

gerado pela solicitação à fadiga. Estas solicitações podem ser geradas pela carga do

tráfego, que geram deflexões repetidas, por expansão ou contração do subleito, ou

devido a mudanças cíclicas de temperatura da camada asfáltica. Quando ocorrem

estes movimentos, são geradas tensões de cisalhamento ou de tração no

revestimento. Se estas tensões forem maiores que as tensões admissíveis de

cisalhamento e de tração do concreto asfáltico, ocorre o surgimento de trincas na

camada do revestimento.

As trincas, inicialmente, surgem na forma de microfissuras que, com o passar

do tempo, e consequentemente do aumento do número de ciclos de carga e descarga

e/ou ciclos térmicos, aos quais os pavimentos estão submetidos, crescem e se ligam,

formando uma trinca.

Segundo COLOMBIER (1989) citado por PEREIRA (2002), o aparecimento das

trincas em pavimentos asfálticos é decorrente dos seguintes fatores:

• Fadiga: ruptura da camada pela passagem de cargas repetidas após um

determinado número de ciclos;

• Retração: em locais com temperaturas muito baixas, combinadas à

utilização de camadas estabilizadas com ligantes hidráulicos (cimento,

cal, etc.), surge a retração das camadas do pavimento, favorecendo a

formação de trincas;

15

• Movimentação do subleito: movimento vertical diferencial entre os

bordos das trincas, provocados pelo aumento de umidade, recalques,

retração hidráulica e expansão;

• Defeitos construtivos: gerados por uma composição inadequada das

camadas do pavimento, má execução de juntas longitudinais e

deslocamento das camadas.

TOSCARELLI e GODOY (1993) definem a propagação das trincas como o

resultado de três etapas com diferentes mecanismos dependendo dos tipos de

solicitação atuantes na camada de revestimento, são elas:

I. Início do fissuramento: corresponde ao momento do início da fissura na

camada de revestimento, a partir de defeitos pré-existentes na camada

antiga;

II. Crescimento estável da trinca: crescimento lento da fissura; corresponde

a seu crescimento vertical, na camada de revestimento, a partir da

concentração de tensões que provocam a abertura da trinca, devido às

solicitações do tráfego e da temperatura;

III. Propagação instável da trinca: aparecimento e propagação na

superfície, ruptura. É a fase inicial e corresponde ao aparecimento da

trinca na superfície do revestimento.

Se o material em torno da trinca for capaz de absorver a variação da energia

de deformação associada a altas deformações sem ruptura, então o crescimento da

trinca será inibido, isto é, se a resistência do material em torno da trinca for alta, a

trinca poderá não se propagar sob as cargas.

Figura 2 – Etapas do trincamento

Fonte: PEREIRA, (2002)

16

2.1.4.1.2 BASE DE PAVIMENTOS

O pavimento é uma estrutura muito solicitada em frequência e intensidade de

cargas e, por isso, sofre afundamento apresentando fendas, fissuras e trincamento

por fadiga e a direta execução das camadas granulares sobre o subleito pode gerar

problemas e colocar em risco a integridade da pista de rodagem quando o subleito

apresentar baixa capacidade de suporte. A condição de baixa capacidade de suporte

pode ser natural ou ocorrer devido a solo mal compactado. Segundo SENÇO, W.

(2001, p. 531), [...] o melhor tratamento que um pavimento pode ter é uma

conservação eficiente, não devendo ser confundidos trabalhos específicos de reforço

com trabalhos destinados a suprir falhas decorrentes da falta de conservação[...].

Sobre o comportamento das camadas granulares abaixo do revestimento

asfáltico, TRICHÊS e BERNUCCI (2004, p.153) esclarece que: “o comportamento dos

solos e materiais granulares pode ser considerado quase elástico, apresentando

algum caráter de plasticidade”. As camadas que compõem o pavimento são, na

maioria das vezes, espessas e compostas por materiais de qualidade; por isso o

controle tecnológico é importante, uma vez que pode influenciar significativamente no

tempo de vida útil do pavimento.

A utilização da geogrelha como elemento de reforço na base dos pavimentos

pode trazer uma série de benefícios para a qualidade desses materiais, além de

absorver parte dos efeitos mecânicos do tráfego. As geogrelhas utilizadas para esse

fim diferem em algumas características daquelas utilizadas nos revestimentos

asfálticos como mostra a tabela 4.

Tabela 4 – Características das geogrelhas utilizadas em pavimentação

Revestimento Base Composição

Resistência à Tração

Revestimento

Função

PP, PET, PVA, fibra de vidro

Bidirecional até 100 kN/m

Betuminoso

Reforço

PP, PA, PET, PVA

Bidirecional até 1600 kN/m

Polímero

Reforço

Fonte: HUESKER Synthetic GmbH, 2016.

17

Segundo CARMO, C. A. T. (2012, p. 1),

Há uma crescente aplicação de geossintéticos no reforço de bases e sub-bases de pavimentos, por possibilitarem a redução da espessura das camadas ou aumento da vida útil do mesmo e a inclusão de parâmetros da geogrelha nos métodos de dimensionamento tradicionais permite quantificar o ganho estrutural obtido pelo uso do reforço em condições adversas do leito de assentamento da estrutura.

BARBOSA (2010, p.15) em seu estudo sobre geogrelhas como reforço no

pavimento destacou o “ganho de desempenho obtido no pavimento com a inserção

de geogrelha e economia de material granular obtidas através de dimensionamento

do pavimento com o reforço”.

As geogrelhas são altamente indicadas para reforço em base de pavimentos e

sua utilização proporciona uma sensível melhora das características mecânicas do

conjunto, conforme ilustra a figura 3, se comparadas àquelas apresentadas por um

maciço de solo natural além de serem inertes e não contaminantes.

Figura 3 – Pavimento com e sem reforço

Fonte: QUEIROZ, (2016)

A utilização da grelha sintética em camadas de base de pavimento gera um

retardamento ou anulação da ação cisalhante na camada granular proveniente das

cargas transferidas pelo pavimento. Para reforços de base ou sub-base de pavimentos

é utilizada a geogrelha biaxial de polipropileno com alta tenacidade. A estrutura de

malha aberta dessa geogrelha é desenvolvida para garantir aderência com as

camadas de base e sub-base do pavimento. Tal aderência, aliada ao elevado módulo

de rigidez inicial da grelha, faz com que o material granular fique confinado em uma

camada de suporte mesmo quando submetido a cargas dinâmicas de curto prazo,

particularmente durante a fase de construção.

18

A fase de construção é considerada a mais importante já que nela se executa

a camada granular que deverá suportar as cargas de eixo dos veículos de obra. Esta

camada ao longo da construção sofrerá deformações que tracionarão a geogrelha.

Assim, após a regularização da camada granular e a execução do pavimento, a

geogrelha se comportará como uma malha tracionada, devido a isto este geossintético

deve possuir também propriedades de resistência ao fenômeno de fluência.

MACHADO (1998, p. 85)

A grelha sintética oferece um excelente reforço já que aumenta a resistência à

tração da camada de base, tanto em estradas pavimentadas quanto em não

pavimentadas. Ao distribuir as cargas aplicadas ao longo de uma área maior, a

geogrelha permite a construção de pavimentos em subleitos de menor capacidade

portante ou, ainda, permite a redução das espessuras das camadas de base e sub-

base através de interação entre o solo e a grelha presente no inferior da camada

granular. Devido ao confinamento da camada granular, os materiais apresentam

aumento no módulo de elasticidade, o que acarreta em consequente aumento de

rigidez da camada granular. Em consequência do aumento da rigidez gerado pelo

confinamento da camada, tem-se redução nas deformações verticais da base e efeito

acaba por afetar direta e positivamente na diminuição das deformações elásticas na

superfície e no alívio na fadiga sobre o revestimento asfáltico.

Ainda sobre os efeitos positivos de utilização da geogrelha, é possível citar a

redução da tensão cisalhante no solo de subleito. Ensaios demonstraram que com

incrementos na solicitação à tração do reforço pela base, ocorre diminuição da

transmissão de tensões cisalhantes da camada de base para o subleito.

Segundo (TRICHÊS; BERNUCCI, 2004, p. 160), o aumento na capacidade

estrutural da camada granular como emprego de geogrelhas se dá através de quatro

mecanismos principais. São eles:

Intertravamento

O aumento do intertravamento entre os grãos na interface com o subleito inibe

o movimento lateral dos agregados.

Tensão de Tração

Proporciona uma “resistência à tração” com baixas deformações na camada de

base.

19

Confinamento

Propicia um confinamento uniforme do agregado na interface com o subleito.

Separação

Inibe a cravação dos agregados na camada do subleito, mantendo a efetiva

espessura da camada granular.

Com a alteração mencionada no estado de tensões do subleito provocando

diminuição nas tensões cisalhantes e verticais, há redução significativa no estado de

carregamento, o que culmina em menores deformações verticais no subleito

proporcionando economia de material através da redução das espessuras de projetos

de camadas granulares (TRICHÊS; BERNUCCI, 2004, p. 153).

A redução da espessura de camadas e a redistribuição de tensões são

demonstradas na figura 4 a seguir.

Figura 4 – Redução de espessura das camadas e redistribuição das tensões

Fonte: (TRICHÊS e BERNUCCI, 2004, p. 154)

2.1.4.1.2.1 Vantagens e Limitações da Geogrelha em Bases

A utilização das geogrelhas como reforço de base de pavimento vêm sendo

mais difundida e o produto em si tem sofrido adaptações para melhor atender a várias

condições diferentes, o que gerou uma lista de considerações sobre as vantagens e

limitações da grelha em reforço tanto do subleito como das camadas granulares,

segundo TRICHÊS; BERNUCCI (2004, p.158):

• A presença de um geossintético propicia um aumento da capacidade de carga,

restringe o deslocamento lateral do agregado e inibe a contaminação por finos;

• As geogrelhas são muito mais eficientes na redução de trilhas de rodas em

pavimentos flexíveis se comparadas com os geotêxteis;

20

• Existe um intervalo de espessura ótima da camada de base para a instalação

de geogrelhas (15 e 25cm). Em espessuras de base maiores que 30cm, a

eficiência é insignificante e, nessa condição, as geogrelhas devem ser inseridas

no interior da camada de base;

• O uso de reforços geossintéticos para redução de trilhas de rodagem é efetivo

em pavimentos relativamente esbeltos (Número estrutural entre 2,5 e 3 pela

AASHTO) com CBR menores ou iguais a 3%, segundo TRB (1989);

• Estruturas de pavimentos com geogrelhas apresentam um aumento de 2 a 4

vezes em sua vida ou período de projeto, expresso pela TBR. De maneira geral,

a TBR diminui com o aumento do CBR do subleito; por outro lado, estruturas

com geogrelhas de maior módulo secante tendem a apresentar maior TBR.

No que diz respeito às vantagens na utilização da geogrelha como reforço de

base de pavimentos, vale citar também:

• Evita deformações provenientes do subleito no pavimento;

• Reduz possibilidade de aparecimento de trincas por fadiga e;

• Redução da camada granular.

2.1.4.1.2.2 CUIDADOS NO DIMENSIONAMENTO DE GEOGRELHAS PARA PAVIMENTOS

Ao longo da história da utilização de geogrelhas no Brasil como solução para

patologias em pavimentos houve alguns casos de insucesso. Compreendeu-se,

posteriormente, que as soluções implementadas para controle à deterioração do

pavimento não foram satisfatórias nem tão pouco baseadas em projeto específico

para dimensionamento.

Segundo CERATTI e RODRIGUES (2004, p. 296) para a correta avaliação das

condições técnico-econômicas da utilização de um geossintético na restauração de

pavimentos, deve-se conceber um projeto de engenharia que avalie, em uma

determinada situação, a estrutura do pavimento existente, o tráfego atuante, as

restrições orçamentárias e as condições orçamentárias.

É necessário que se faça adequação de projetos para cada obra com o objetivo

de abranger as características e peculiaridades da área e atender com qualidade e

economia cada diferente realidade no controle da deterioração do pavimento.

21

2.1.4.1.3 ATERRO SOBRE SOLOS MOLES

Quando se realiza uma investigação geotécnica em locais propícios para

execução de obras de infraestrutura, é fato comum se deparar com a presença de

camadas de solo com baixa capacidade de suporte e solos total ou parcialmente

saturados, que são os chamados solos moles.

A análise de estabilidade de um aterro sobre solos moles é direcionada

principalmente pela resistência ao cisalhamento do solo de fundação, ou o solo que

está imediatamente em contato com a base do aterro. Em geral, os problemas na

construção dos aterros compactados sobre solos moles são essencialmente causados

pela baixa capacidade de suporte da fundação que, ao ser solicitada ao cisalhamento,

não encontra suficiente resistência e rompe.

Como medida preventiva ou, por vezes, corretiva, faz-se necessária a adição

de um reforço geossintético na base dos aterros a fim de estabilizá-los contra rupturas.

PALMEIRA e ORTIGÃO (2004, p. 72) explicam que o reforço geossintético nesse tipo

de obra pode aumentar sua estabilidade, permitindo a construção mais rápida e a

utilização de taludes mais íngremes.

As geogrelhas flexíveis para reforço de solo são produzidas a partir de

filamentos sintéticos de alto módulo e baixa fluência, protegidos por um revestimento

polimérico. Sobre a aplicação de geogrelhas em aterros, define QUEIROZ (2016):

“Geogrelhas são muito utilizadas para o reforço na base de aterros apoiados sobre solos moles. São também utilizadas para construção de aterros com taludes próximos da vertical e maciço de solo reforçado, ou em combinação com sistema de arrimo, estruturando o solo e dando estabilidade ao conjunto”.

Na execução de aterros sobre solos moles, a geogrelha é inserida na base do

aterro como ilustra a figura 5 ou entre as camadas compactadas do aterro que devem

ter de 20 a 40 centímetros de espessura, redistribuindo igualitariamente as tensões

pela extensão da grelha e proporcionando aumento da resistência ao cisalhamento, o

que beneficia as condições estruturais e de suporte do maciço.

22

Figura 5 – Geogrelha em aterro compactado

Fonte: QUEIROZ, (2016)

A figura 6 apresenta 3 situações diferentes em que ocorre instabilidade em

aterros sobre solos moles. A primeira [letra a] refere-se à possibilidade de ruptura no

interior do aterro. Já a segunda [letra b] diz respeito à expulsão do solo mole de

fundação onde o elemento de reforço tende a uniformizar o afundamento da base do

aterro no solo mole. Por fim, a terceira [letra c] apresenta ruptura generalizada

envolvendo aterro, reforço e solo de fundação. PALMEIRA e ORTIGÃO (2004, p. 72)

Figura 6 – Mecanismos de instabilidade de aterros sobre solo mole

Fonte: PALMEIRA (2004, p.73)

2.1.4.1.4 RODOVIAS NÃO PAVIMENTADAS

As estradas não pavimentadas, conhecidas também como “estradas de terra”,

geralmente são localizadas no meio rural, sem qualquer tratamento superficial com

asfalto ou com cimento Portland, com sua camada superficial constituída de solo local

ou de outra região misturados ou não com agregados granulares decorrentes de

manutenções (EATON et al., 1987).

O Brasil enfrenta grandes problemas para o escoamento dos seus produtos, o

que acaba contribuindo para o desperdício e aumento de custos sobre o produto final.

A principal rota para o escoamento da produção agropecuária brasileira são as

estradas. Contudo, verifica-se que grande extensão da rede viária é composta por

23

estradas não pavimentadas, pois sua execução é rápida e o seu custo é baixo. Muitas

estradas não pavimentadas atravessam locais onde o solo apresenta baixa

capacidade de suporte de carga, o que pode ocasionar deformações superficiais

excessivas e em períodos chuvosos favorece a formação de atoleiros deixando muitas

vezes a via intrafegável.

Por estradas serem obras lineares, às vezes para alcançar um nível satisfatório

de resistência com o uso de materiais granulares, é necessário um volume

significativo de material. Para diminuir a quantidade de material tem surgido o uso de

geossintéticos na interface aterro-subleito para aumento da capacidade de suporte de

carga, resultando na redução da altura do aterro ou, para uma mesma altura de aterro,

a diminuição da trilha de roda (MACCAFERRI, 2009).

2.1.4.1.5 ATERROS SOBRE ESTACAS

Nas regiões em que os solos superficiais apresentam baixa capacidade de

suporte, as soluções típicas de engenharia consistem na remoção desses solos ou na

construção de aterros com extensas bermas de equilíbrio. MELLO (2004, p.130)

explica que uma alternativa comum economicamente interessante e que traz também

vantagens ambientais é a construção de aterros estaqueados, uma vez que os solos

locais não são removidos nem têm sua composição natural alterada.

Aterros estaqueados são estruturas mistas que combinam uma solução de

terraplanagem convencional com uma solução típica de fundação profunda, as

estacas. BILFINGER (2004, p. 130) explica que o uso de aterros estaqueados tem por

objetivo:

• A eliminação de recalques significativos que ocorreriam caso o aterro

fosse apoiado diretamente sobre o solo mole, pois as estacas transferem

o peso do aterro para camadas mais competentes, em profundidade;

• A garantia da estabilidade, pois, em algumas situações, aterros apoiados

sobre solos de baixa capacidade de suporte podem, no futuro, provocar

rupturas;

• A combinação desses dois efeitos.

O uso de geossintéticos na base dos aterros estaqueados melhora o seu

desempenho, permitindo otimizar espessuras de aterro, espaçamentos entre estacas

e redução ou até eliminação dos capitéis normalmente empregados. O uso específico

24

dessa alternativa de solução em encontros de pontes ou viadutos permite minimizar

os recalques diferenciais entre o aterro de aproximação e a obra de arte especial,

trazendo maior segurança e conforto aos usuários. MELLO (2004, p.130)

De acordo com BILFINGER (2004, p. 132) a introdução de geogrelhas nas

bases dos aterros pode modificar os mecanismos atuantes significativamente. A

resistência e rigidez do reforço introduzem esforços adicionais na estrutura. Este

esforço é geralmente sub-horizontal e traz uma série de vantagens, entre outras:

• Aumento do espaçamento entre capitéis e/ou diminuição do seu

tamanho, ou até sua eliminação;

• Eliminação da necessidade de estacas inclinadas nas bordas do aterro,

pois os esforços horizontais são equilibrados através da geogrelha.

Formas de dimensionamento específicas para aterros estaqueados com uso

de reforços geossintéticos em suas bases estão apresentados na norma inglesa BS

8006(1995) e por MELLO (2004, p.131), entre outros. Em praticamente todos os

casos, os reforços nas bases são executados com geogrelhas embora, teoricamente,

não exista impedimento de se utilizar outro tipo de material.

2.1.4.1.6 ATERROS SOBRE CAVIDADES

Geogrelhas podem assegurar a estabilidade de longo prazo em terrenos

sujeitos a aparecimento de cavidades por recalques diferenciais e também pela

deterioração de materiais em aterros sanitários. NASCIMENTO (2004, p.143) explica

que a existência de geossintéticos empregados como material de reforço evita ou

atenua a transmissão dos efeitos para as camadas superiores dos aterros em solos

ou de aterros sanitários. Nestes últimos, a presença da geogrelha pode evitar a ruptura

das camadas de cobertura ou liners, mantendo as deformações dentro de limites

suportáveis pelos seus materiais constituintes, assegurando a necessária proteção

ambiental.

Muitos são os casos de carregamento aplicado sobre um sistema de camadas

solo/geossintético, o qual pode eventualmente recobrir um vazio. NASCIMENTO

(2004, p.143) expõe que tais ocorrências são comuns em terrenos sujeitos à

subsidência, servindo de fundação para aterros rodoviários ou para a construção de

reservatórios.

25

Sobre os geossintéticos mais adequados para reforço de aterros sobre

cavidades, PUPPI (2004, p. 143) analisa que geogrelhas e geotêxteis são

particularmente indicados para esse tipo de aplicação, necessitando para seu

emprego apresentar:

a) Alta resistência e módulo à tração;

b) Vida útil da ordem de 100 anos;

c) Resistência à ação química de substâncias agressivas originadas nos

aterros sanitários;

d) Capacidade de intertravamento com o solo; e

e) Facilidade de instalação.

Em terrenos sujeitos à formação de cavidades, deve-se assegurar que a

camada de geogrelha suporte as cargas aplicadas pelo solo sobreposto e por

qualquer outra causa – como o carregamento aplicado pelo tráfego em uma estrada

ou pelo líquido em um reservatório – sem sofrer ruptura ou deformação excessiva. Em

seu estudo quanto ao comportamento da geogrelha para essa aplicação, PUPPI

(2004, p. 143) alerta que o sistema solo/geogrelha sofre deflexão sobre a cavidade,

podendo ocorrer três situações:

• A geogrelha se rompe;

• A geogrelha sofre deflexão limitada e vence o vão do vazio;

• A geogrelha sofre deflexão até entrar em contato com o fundo do vazio.

2.1.4.1.7 MUROS E TALUDES REFORÇADOS

A inclusão de geogrelhas como elemento de reforço do material de aterro em

maciços de solo reforçado proporciona uma redistribuição global das tensões e

deformações, permitindo a execução de estruturas com face vertical, que são os

muros, ou maciços mais íngremes, que são os taludes, com menor volume de aterro

compactado. Segundo AZAMBUJA (2004, p.84) este fato, associado à possibilidade

de se utilizar solos disponíveis no local da obra, pode reduzir de forma significativa o

custo da solução envolvendo solo reforçado, quando esta é comparada com as

convencionais.

SAYÃO (2004, p.84) elenca as vantagens de se utilizar a geogrelha como

elemento de reforço do ponto de vista de execução:

26

a) Possibilita a construção de taludes e aterros com inclinações

acentuadas;

b) Minimiza o impacto ambiental decorrente das obras de contenção;

c) Permite adoção de tipos variados de acabamento da face dos taludes;

d) Permite a execução de obras em locais de difícil acesso;

e) Permite o uso de mão de obra não qualificada e equipamentos simples;

f) Reduz consideravelmente o tempo de construção da obra.

A figura 7 apresenta exemplo da estrutura final obtida de um maciço reforçado

com geogrelha. A estrutura se mostra essencialmente flexível, esteticamente

adequada e economicamente viável.

Figura 7 – Seção transversal de maciço de solo reforçado com geogrelha

Fonte: SAYÃO (2004)

A estabilidade de maciços reforçados deve ser garantida pelos mecanismos de

interação solo-reforço. Neste sentido, EHRLICH (2004, p.84) aponta que são

particularmente importantes os parâmetros de interação solo-reforço, a resistência à

tração da geogrelha e o confinamento do solo sobrejacente.

2.1.4.2 PROPRIEDADES RELEVANTES

O perfeito desempenho da função de reforço da geogrelha não depende

apenas de um correto dimensionamento dos esforços solicitantes de projeto, mas

também de sua correta especificação, através de valores adequados de suas

propriedades relevantes.

27

Algumas das propriedades relevantes a serem consideradas resumidas por

VERTEMATTI (2004, p. 64) quanto à função de reforço da geogrelha são:

• Resistência à tração, T (kN/m);

• Módulo de rigidez à tração, J (kN/m);

• Comportamento em fluência;

• Resistência a esforços de instalação;

• Durabilidade na degradação ambiental;

• Grau de interação com o solo.

A resistência à tração depende da característica da obra, característica do

reforço, resistência do reforço ao final da vida útil da obra e requisitos de

serviciabilidade (operacionalidade) da obra. VERTEMATTI (2004, p. 64) aponta que

dependendo do polímero usado, do processo e da qualidade de fabricação, assim

como do tipo de geossintético, suas características podem sofrer significativas

variações, proporcionando uma ampla gama de produtos disponíveis e adequados a

cada tipo e porte de obra.

O módulo de rigidez à tração [ou módulo de Young] de um material relaciona a

taxa de variação da deformação como função da tensão. Proporciona a rigidez do

material sólido, sendo assim, verifica sua tensão de ruptura. Esse valor deve sempre

ser obtido e informado pelos fabricantes das geogrelhas. VERTEMATTI (2004, p. 65)

explica que os valores de rigidez à tração desempenhados pela geogrelha em uma

obra são função da taxa de deformação imposta aos corpos de prova e da temperatura

ambiente.

Segundo VERTEMATTI (2004, p. 66) o comportamento em fluência (“creep”) é

a deformação lenta e constante que a geogrelha sofre quando tracionada devido ao

rearranjo molecular de sua matéria-prima. Geogrelhas são mais ou menos suscetíveis

à fluência de acordo com o tipo de polímero empregado na sua confecção. Quanto

mais próximo da resistência máxima à tração, mais rápida é a ruptura do material por

fluência. Deve-se escolher um fator de redução apropriado a ser aplicado na

resistência à tração da geogrelha.

Quanto menor a gramatura da geogrelha, mais suscetível ela se torna quanto

a danos de instalação. Tais danos provocam perda de resistência e isto pode ser

levado em conta em projetos de obras em solo reforçado através da adoção de fatores

de redução apropriados sobre a resistência de referência do reforço. Sobre a

28

resistência a esforços de instalação, VERTEMATTI (2004, p. 67) aponta que quanto

mais resistente a geogrelha e menores forem os esforços de instalação, maiores serão

suas características remanescentes.

A adição de revestimento polimérico ao geossintético durante o processo de

fabricação aumenta a resistência e consequente durabilidade na degradação

ambiental da geogrelha. Em casos específicos de presença de substâncias agressivas

em contato com o elemento de reforço, o fabricante do produto deve ser contatado,

ou ensaios específicos de durabilidade devem ser realizados. Segundo VERTEMATTI

(2004, p. 67), em ambientes agressivos a geogrelha deve apresentar características

obtidas através de aditivos, banhos com polímeros especiais ou fabricação por meio

de técnicas diferenciadas.

A propriedade de grau de interação com o solo pode ser quantificada através

de ensaios de cisalhamento direto e de arrancamento que simulam solicitações

passíveis de ocorrer em obras reforçadas típicas. Permite a transferência de tensões

de modo a manter a estrutura em solo reforçado estável. VERTEMATTI (2004, p. 67)

explica que quanto maior a interação mecânica da geogrelha com o solo, maior será

sua eficiência como elemento de reforço, pois maior será a ancoragem e a mobilização

da sua resistência à tração.

É importante observar que os ensaios de cisalhamento direto são aplicáveis a

geogrelhas em algumas situações particulares (deslizamento sobre seu plano). Para

simulação de condições de ancoragem de geogrelhas o ensaio mais indicado é o de

arrancamento. Em geogrelhas, além das parcelas de aderência por adesão e atrito

nas superfícies, dispõe-se também da resistência por ancoragem.

O próximo passo na sequência do desenvolvimento da análise das geogrelhas

é apresentar, no capítulo seguinte, as geogrelhas selecionadas de acordo com sua

função de reforço, processo de fabricação, fabricante e propriedades relevantes e

também os métodos de dimensionamento para cada aplicação selecionada.

29

3 MATERIAIS E MÉTODOS UTILIZADOS

A seleção dos geossintéticos para atender às exigências da obra deve se

basear em propriedades de engenharia que traduzam as condições técnicas a que

serão submetidos quando em serviço. Essas propriedades são determinadas a partir

de ensaios de campo ou, mais comumente, de laboratório, os quais, para serem

realistas, precisam reproduzir os aspectos importantes da interação do geossintético

com o meio em que será inserido. Além disso, esses materiais devem apresentar vida

útil compatível com as das obras onde são empregados. (BUENO, 2003)

3.1 GEOGRELHAS SELECIONADAS

Na sequência, serão apresentadas as geogrelhas e suas fichas técnicas

destacando as propriedades relevantes que devem ser analisadas na escolha dos

produtos:

• Geogrelha HUESKER Fornit

Produzida em filamentos de polipropileno (PP) de alto módulo de rigidez inicial

com revestimento polimérico, Fornit é indicada para reforço de base de pavimentos e

estruturas submetidas a cargas cíclicas ou de curta duração.

� Propriedades relevantes:

Resistência

à Tração

Rigidez

à Tração

(kN/m)

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação

ambiental

Grau de

interação

com o solo

35 a 1600kN/m

A 2%: de 275 a 1600

Baixo Varia de acordo

com a gramatura Alta >=0,95

• Geogrelha HUESKER Fortrac A

Produzida em filamentos de aramida na direção longitudinal com revestimento

polimérico, Fortrac A é indicada para muros de contenção, taludes íngremes, aterros

sobre solos moles, estacas e cavidades e base de pavimentos.


Resistência

à Tração

Rigidez

à Tração

(kN/m)

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação

ambiental

Grau de

interação

com o solo

150 a 1600kN/m

A 2%: de 5100 a 54400

Baixo Varia de

acordo com a gramatura

Alta Finos: >=8,0

Arenosos: >=9,0

30

• Geogrelha HUESKER Fortrac M

Produzida em filamentos de poliálcool vinílico (PVA) em ambas as direções

com revestimento polimérico, Fortrac M é indicada para muros de contenção, taludes

íngremes, aterros sobre solos moles, estacas e cavidades e base de pavimentos.


Resistência

à Tração

Rigidez

à Tração

(kN/m)

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade

na

degradação

ambiental

Grau de

interação

com o solo

35 a 1600kN/m

A 5%: de 2000 a 4000

Baixo Varia de


Resistência Química:

2 <=pH<=13

Finos: >=8,0 Arenosos: >=9,0

• Geogrelha HUESKER Fortrac MP

Produzida em filamentos de poliálcool vinílico (PVA) na direção longitudinal e

de poliamida (PA) na direção transversal com revestimento polimérico, Fortrac MP é

indicada para muros de contenção, taludes íngremes, aterros sobre solos moles,

estacas e cavidades e base de pavimentos.


Resistência

à Tração

Rigidez

à Tração

(kN/m)

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade

na

degradação

ambiental

Grau de

interação

com o solo

35 a 1600kN/m

A 5%: de 700 a 32000

Baixo Varia de



2 <=pH<=13

Finos: >=8,0 Arenosos: >=9,0

• Geogrelha HUESKER Fortrac T

Produzida em Filamentos de poliéster (PET) com revestimento polimérico,

Fortrac T é indicada para muros de contenção, taludes íngremes, aterros sobre solos

moles, estacas e cavidades e base de pavimentos.


Resistência

à Tração

Rigidez

à Tração

(kN/m)

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade

na

degradação

ambiental

Grau de

interação

com o solo

35 a 1600kN/m

350 a 16000

Baixo Varia de


Alta Finos: >=8,0

Arenosos: >=9,0

31

• Geogrelha HUESKER Hatelit C

Produzida em filamentos de PET, PVA ou PET e PVA com revestimento

betuminoso, Hatelit C é indicada para construção e restauração de pavimentos com

reforço do revestimento asfáltico para prevenção de reflexão de trincas.


Resistência

à Tração

Rigidez

à Tração

(kN/m)

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade

na

degradação

ambiental

Grau de

interação

com o solo

50 a 100kN/m

A 3%: de 12 a 22

Baixo Varia de


Baixa Não interage com o solo

• Geogrelha MACCAFERRI MacGrid WG

Produzida em filamentos de poliestireno (PET) de alto módulo de rigidez inicial

com revestimento polimérico, MacGrid WG é indicada para reforço de solos

granulares e sem coesão, taludes com fortes inclinações e muros.


Resistência

à Tração

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação

ambiental

25 a 220 kN/m Baixo Varia de acordo

com a gramatura


3 <=pH<=9

• Geogrelha MACCAFERRI MacGrid EG


com revestimento polimérico, MacGrid EG é indicada para reforço de solos.


Resistência

à Tração

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação

ambiental

15 a 40 kN/m Baixo Varia de acordo

com a gramatura Resistência Química:

4 <=pH<=9

• Geogrelha MACCAFERRI MacGrid AR

Produzida em filamentos de fibra de vidro com revestimento betuminoso,

MacGrid AR é indicada para Reforço de revestimento asfáltico.

32


Resistência

à Tração

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação

ambiental

Grau de interação

com o solo

15 a 50 kN/m

Baixo ALTA

gramatura: 275 a 300 g/m²

Baixa Não interage com o solo

• Geogrelha GEOFOCO Pavimento 50/50

Produzida em filamentos de poliéster e polipropileno de alto módulo de rigidez

inicial com revestimento betuminoso, a geogrelha Pavimento 50/50 é indicada para

reforço e construção de pavimentos.


Resistência

à Tração

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação

ambiental

Grau de

interação

com o solo

15 a 68 kN/m

Baixo ALTA

gramatura: 235 g/m² Baixa

Não interage com o solo

• Geogrelha GEOFOCO

Produzida em filamentos de poliéster (PET) de alto módulo de rigidez inicial

com revestimento polimérico, a geogrelha GEOFOCO é indicada para reforço de

solos.


Resistência

à Tração

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação ambiental

35 a 400 kN/m 22,2 a 265,8 kN/m ALTA

gramatura: 254,3 a 1118,7 g/m²

Alta

• Geogrelha GEOSOLUÇÕES StrataGrid


com revestimento polimérico, StrataGrid é indicada para reforço de solos.


Resistência

à Tração

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na


30 a 400 kN/m Baixo Fator: 1,07 a 1,20 Alta

33

• Geogrelha GEOSOLUÇÕES StrataBase


com revestimento polimérico, StrataBase é indicada para reforço de base de

pavimento, rodovias pavimentadas ou não, aterros sobre solo mole, pisos industriais

e reforço de solos com baixa capacidade de suporte.


Resistência

à Tração

Rigidez

à Tração

(kN/m)

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação

ambiental

Grau de

interação

com o solo

30 a 40 kN/m

A 5%: de 400 a 560

Baixo Varia de


Alta >0,95

• Geogrelha OBER FortGrid


com revestimento polivinílico, FortGrid é indicada para muros de contenção, taludes,

aterros sobre solo mole, aterro estaqueado e reforço de pavimento asfáltico.


Resistência

à Tração

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na


35 a 120 kN/m


com a gramatura Alta

• Geogrelha INOVAGEO IG


com revestimento polivinílico, a geogrelha IG é indicada para contenção em solo

reforçado, reforço de aterros sobre solos moles e reforço de base de pavimentos.


Resistência

à Tração

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação

ambiental

35 a 225 kN/m


com a gramatura

Alta

34

• Geogrelha TEGAPE

Produzida em filamentos de fibra de vidro de com revestimento polimérico, a

geogrelha TEGAPE é indicado para rodovias e ferrovias, bases e sub-bases, aterros

sobre solos moles e Aterros sobre estacas.


Resistência

à Tração

Comportamento

em Fluência

Resistência

a esforços de

Instalação

Durabilidade na

degradação

ambiental

15 a 200 kN/m

Baixo Alta

gramatura: 750 g/m²

Alta

3.2 MÉTODOS UTILIZADOS

Para cada diferente aplicação das geogrelhas, existem metodologias e

ferramentas diferentes utilizadas para seu dimensionamento. A seguir, são

apresentadas as metodologias de dimensionamento para todas as aplicações

contempladas no presente trabalho.

3.2.1 Pavimentos

3.2.1.1 Método adaptado da AASHTO (1993) para rodovias pavimentadas

Para demonstrar a efetiva contribuição do emprego de geossintéticos na

separação, filtração e reforço de camadas de estruturas de pavimentos flexíveis, de

maneira geral analisamos as influências das seguintes variáveis no desempenho do

pavimento:

• Espessura da camada granular a ser reforçada;

• Posição relativa do geossintético na camada granular;

• Características mecânicas do geossintéticos;

• Capacidade de suporte (CBR) da camada de assentamento;

• Forma de aplicação do carregamento: estático ou cíclico;

Em quase todos os experimentos, o principal indicador que quantifica a

melhoria do desempenho do pavimento com a inclusão do geossintéticos é a taxa de

benefício de tráfego, TBR (traffic benefit ratio), definida por:

35

TBR = N��N

Em que:

N�� é o número de repetições do eixo padrão de 82 kN que produz um determinado

afundamento em trilha de roda (T) no pavimento com o geossintético;

N é o número de repetições do eixo padrão de 82 kN que produz o mesmo

afundamento em trilha de roda (T) no pavimento sem o geossintético;

Apresenta-se como sugestão o emprego do método adaptado de

dimensionamento de pavimentos flexíveis indicados pelo guia da AASHTO (1993),

cuja a equação é:

9,36 log��SN� + 1� + log�� ∆PSI4,2 − 1,5"0,4 + 1094�SN� + 1�$,�%

−

− log W�'TBR + 2,32 log�M� +ZS� − 8,27 = 0

Onde:

∆PSI é a perda de serventia esperada durante o período de projeto (tipicamente, entre

1,7 e 2,2);

W�' número de solicitações equivalentes ao eixo padrão de 82 kN, calculado com os

coeficientes da AASHTO;

M o módulo de resiliência do subleito (psi);

Z o desvio padrão para a probabilidade de êxito que se quer para a estrutura

dimensionada (valores entre -0,84 e – 1,34 para probabilidade de êxito de 80 e 91%,

respectivamente);

S� o desvio padrão que leva em conta as incertezas das variáveis medidas e do

processo construtivo (tipicamente entre 0,44 e 0,49);

TBR a taxa de beneficio de trafego;

SN� o número estrutural considerando-se a contribuição da geogrelha;

SN o numero estrutural que representa a capacidade que o pavimento dimensionado

deverá ter para atender ao trafego estimado para o período de projeto;

36

SN = a�D� + a.D.m. + a0D0m0,

Sendo:

a1 o coeficiente estrutural do material da camada i; D1 a espessura da camada i�polegadas�; m1 o coeficiente de drenagem do material da camada i;

Os coeficientes a1 e m1 são fornecidos pela AASHTO (1993). Para resolução da

equação, entra-se com as variáveis conhecidas e determina-se o valor de N� que a

torne nula.

Para que se possa inserir dados da espessura da camada de sub-base no

método de dimensionamento da AAASHTO (1993) anteriormente demonstrado, é

preciso utilizar o programa DimPav fornecido pela Prefeitura Municipal de São Paulo

para dimensionar as camadas de base e revestimento do pavimento. A sequência de

informações necessárias para utilizar o método é a seguinte:

• Estudo geotécnico para caracterização do subleito das vias caracterização do

tráfego de acordo a classificação das vias tomando como base as seguintes

tabelas:

Tabela 5 – Classificação das vias (tráfego leve e médio)

Fonte: Prefeitura Municipal de São Paulo

37

Tabela 6 – Classificação das vias (tráfego pesado, meio pesado, muito pesado e faixa exclusiva de ônibus)

Fonte: Prefeitura Municipal de São Paulo

Então, são dimensionadas as seguintes variáveis:

• Determinação da carga legal;

• Calcula-se o "N" característico do pavimento;

• Determina-se a espessura total do pavimento através de números tabelados;

• Determina-se materiais e espessuras mínimas;

• Escolhe-se a superestrutura mais indicada de acordo com critérios do

projetista.

O projetista deve pressupor algumas situações no dimensionamento como a

existência de drenagem superficial, boas condições das camadas da estrutura do

pavimento segundo Instrução de Execução e existência de infraestrutura (redes de

água e esgoto e captação de água superficial).

Para tráfego médio, meio pesado, pesado, muito pesado e faixa exclusiva de

ônibus será obrigatória a verificação das tensões e deformações na estrutura final

projetada, por meio de métodos mecanicistas, conforme a Instrução de Projeto IP - 08

Análise Mecanicista à Fadiga de Estruturas de Pavimento, da SIURB/PMSP.

38

Para tráfego leve, não é obrigatória a verificação das tensões e deformações

através dos métodos mecanicistas, porém recomenda-se, quando necessário, o uso

do procedimento para a escolha de alternativas diferentes de estrutura de pavimento.

Para cargas excepcionais que porventura tenham que trafegar em vias públicas

da PMSP, deverá ser avaliado, por engenheiro especialista na área, o possível dano

na estrutura do pavimento projetado segundo esse procedimento.

3.2.1.2 Base de Pavimentos Primários

Os geossintéticos utilizados para reforço de vias permitem melhorar o

funcionamento da estrutura do pavimento, tendo por base uma espessura inicial de

camada granular sem reforço geossintético para uma condição de carga (tráfego)

dada, comparada a uma espessura requerida com reforço geossintético, para a

mesma condição de tráfego. O método de cálculo apresentado a seguir é válido para

estimativa de dimensionamento de qualquer pavimento, seja primário, asfáltico ou de

concreto.

A metodologia que aqui se apresenta permite calcular a redução da espessura

da camada granular e fazer a adequada seleção do geossintético como reforço da

estrutura do pavimento. Será abordada de maneira simples a metodologia baseada

na teoria utilizada para o reforço de estruturas não pavimentadas sobre solos de

subleito coesivos, definida por Giroud e Noiray.

Esta metodologia está baseada na teoria para o reforço de estruturas não-

pavimentadas sobre solos de subleito coesivos, definida por Jean Pierre Giroud e

Laure Noiray, levando-se em conta o caso de vias não-pavimentadas uma vez que,

durante o processo construtivo, apresentam-se condições similares de esforço e

deformação no subleito e nas camadas granulares; o geossintético para reforço

trabalha de maneira semelhante em ambos os casos, melhorando assim o

comportamento da camada estrutural completa da via.

O solo da base ou sub-base é considerado incompressível, as deformações

produzidas logo abaixo das rodas causam o levantamento do solo entre e ao lado das

mesmas. Ao se posicionar um reforço geossintético dentro desse solo, as

deformações produzidas são transmitidas ao reforço, que se converte a uma forma

similar de onda, com o consequente surgimento de uma tensão de tração sobre o

referido reforço (Figura 8).

39

Figura 8 – Dinâmica das estradas reforçadas com geossintéticos

Fonte: MACCAFERRI América Latina (2009, p.25)

Quando um material flexível tensionado apresenta a forma de onda, a pressão

na superfície côncava é maior que a pressão na superfície convexa, o que é conhecido

como efeito membrana. Entre as rodas (BB) e nos lados das rodas (AC), a pressão

aplicada pelo reforço sobre o subleito é maior que a pressão aplicada pela camada

granular sobre o reforço. Sob as rodas (AB), a pressão aplicada pelo reforço sobre o

subleito é menor que a pressão aplicada pelas rodas mais a camada de material

granular sobre o reforço. O reforço geossintético garante dois efeitos positivos à via:

• Fornece o confinamento “horizontal” do subleito entre e aos extremos das rodas;

• permite reduzir a pressão aplicada pelas rodas no subleito.

A partir da equação 3.1 é possível calcular a espessura da camada granular

para uma via reforçada com geossintético no nível do subleito, considerando a carga

por eixo, a pressão do pneu, a trilha de roda e as características de resistência do

subleito (Su ou CBR). Obtendo-se a espessura da camada granular sem reforço e

com reforço é possível avaliar a redução de espessura do pavimento com a utilização

de um reforço geossintético.

�7 + 2�89 = :.�;<..>.?@AB��C<..>.?@AB�− D.E

F�<�GHI�HG [Equação 3.1]

40

Antes mesmo de utilizar-se a equação 3.1 devem ser seguidas as seguintes

etapas do processo de análise do pavimento com reforço geossintético:

1. Cálculo da espessura granular para o caso dinâmico sem reforço (h’0).

h’� = �.$,L�.M�N<O%P,$..M�:Q.%O,�O.RQ.O�.,O.ST,UV [Equação 3.2]

2. Cálculo da espessura granular para o caso quase estático sem reforço.

Considerando um tráfego leve:

W = F::X Y = F:.√.:X

Considerando um tráfego pesado:

W = F:.√.:X Y = F :.:X.√.

Utilizando a equação 3.3 é possível calcular o valor de ho iterativamente.

89 = :.[�;<.>T.\]^BT��C<.>T \]^BT� [Equação 3.3]

3. Cálculo da espessura granular para o caso quase-estático com reforço.

Adotando-se um valor inicial para h’, é possível determinar iterativamente a

espessura da camada granular para o caso quase-estático com reforço.

Figura 9 – Analogia geométrica para deformação no reforço geossintético

Fonte: MACCAFERRI América Latina (2009, p.27)

De acordo com a Figura 9, é possível determinar as equações para a, a’ e s.

_ = ;<..>`.\]^a. [Equação 3.4]

_b = cQ;Q..>^b.?@Aa. [Equação 3.5]

Se a’>a: e = R.@b.@ [Equação 3.6]

41

Se a’<a: e = ..R.@H..@H<0.@`.@<@bH [Equação 3.7]

Iterativamente, calcula-se o valor de h’ pela equação 3.1

4. Redução da espessura da camada granular, considerando reforço geossintético.

∆ℎ = ℎ� − ℎb 5. Determinação da espessura da camada granular reforçada com geossintético.

gh =ℎ′� − ∆ℎ

3.2.1.3 Restauração ou Reforço de Revestimento Asfáltico

O dimensionamento deve ser feito através de previsão do desempenho futuro do

pavimento restaurado, envolvendo as técnicas convencionais e restauração aplicáveis

e aquela concebida com o uso da geogrelha cuja aplicação se está investigando. Para

tanto, aplicam-se modelos fundamentados em bases teóricas consistentes e cuja

validação e calibração experimental tenha sido feita a partir de pavimentos reais em

serviço.

As previsões envolvem trincamento por reflexão da camada asfáltica de

recapeamento, geração de afundamentos em trilha de roda sob a ação das cargas

repetidas do tráfego e progressão da irregularidade longitudinal. Serão consideradas

equivalentes as soluções que conduzirem à mesma vida de serviço (Vs), e a

comparação entre elas poderá ser feita a partir do custo de instalação (CI). A solução

ideal será aquela que levar ao menor valor para o parâmetro custo anual uniforme

equivalente de manutenção (CAUEM), definido por:

jklmn = jopS

O consumo por fadiga produzido pela passagem de carga de roda é dado por:

qr� = 1st +2su

em que st e su são, respectivamente, os números de ciclos de carga capazes

de, isoladamente, produzir a formação da trinca de reflexão, nos modos da flexão e

42

cisalhante de solicitação. Em se tratando de um sistema com geogrelha, deve-se

escrever:

qr� = 1vtst +2vusu

Sendo vt e vu os fatores de incremento da resistência à fadiga propiciados pela

inserção da geogrelha na camada asfáltica e que devem ser obtidos

experimentalmente. Conhecendo-se qr�, o número de passagens da carga de roda

capaz de levar a camada asfáltica ao final de sua vida de reflexão de trincas será dado

por:

s� = 1qr� A vida de reflexão da trinca do pavimento reforçado por geogrelha é dada por:

stRct = v_wxh × st

em que st se refere ao recapeamento simples e, tanto o “Fator” quanto st são função

de um exponencial da variável HR que representa a espessura da camada de

recapeamento asfáltico de CBUQ em cm.

Estudos e ensaios executados mostram que há equivalência nos parâmetros

de desgaste do pavimento quando confrontadas as execuções utilizando geogrelha e

solução convencional com CBUQ ao longo do tempo. Portanto, sugere-se que o fator

de decisão se baseie no parâmetro HR no início da obra de modo que o custo inicial

seja o balizador decisório.

3.2.2 Contenção

3.2.2.1 Muros e Taludes - Método de Jewell (1991)

Admite-se que o solo de fundação apresente uma resistência igual ou superior

ao material de aterro. O método permite a consideração de eventuais poropressões

no aterro através do parâmetro de poropressões �hz�, definido por:

hz = 9{. |

43

Onde:

hz é o parâmetro de poropressão

{ é o peso específico do solo

| é a profundidade do elemento de solo considerado

Em geral, utiliza-se um valor constante de hz ao longo de toda a altura do

maciço. Uma sobrecarga uniformemente distribuída no terrapleno pode ser

considerada no dimensionamento através da altura de terra equivalente, ou seja:

gc} = g +ℎ� Onde:

gc} a altura equivalente do terrapleno levando em conta a sobrecarga na superfície

g a altura real do terrapleno

ℎ� a espessura de solo equivalente à sobrecarga aplicada na superfície do terrapleno,

calculada pela expressão:

ℎ� = ~{

Com:

~ a sobrecarga uniformemente distribuída na superfície do terrapleno;

{ o peso especifico do material de aterro.

Para a determinação do coeficiente de empuxo horizontal �Rc} e do

comprimento do reforço YR, faz-se necessários o conhecimento dos parâmetros

geométricos do muro (g e �) e do ângulo de atrito interno ∅′ do solo. Tendo em vista

a extensibilidade das geogrelhas e a diferença de níveis de deformação necessários

para romper o solo e o reforço, é recomendado que o ângulo de atrito do solo para

dimensionamento seja inferior ao ângulo de atrito obtido para as condições de

resistência de pico. Jewell (1996) recomenda que o valor do ângulo de atrito de pico

do solo seja minorado por um fator de redução que resulte em um ângulo de atrito de

dimensionamento próximo ao valor do ângulo de atrito do solo a volume constante

�∅′u��. Assim:

∅b = tanQ� �tan∅′�r∅ � ≅ ∅′u� Onde:

∅b o ângulo de atrito efetivo do solo para dimensionamento;

44

∅′� o ângulo de atrito efetivo do solo obtido em condições de pico de resistência;

r∅ o fator de redução no valor do ângulo de atrito do solo;

∅u� o ângulo de atrito do solo em condições de volume constate.

Para a determinação do coeficiente de empuxo horizontal �Rc} estão

apresentados no ábaco abaixo, valores de hziguais a 0,0 e 0,5 respectivamente. Estão

apresentando também os gráficos para determinação dos comprimentos dos reforços

YR. O comprimento do reforço é determinado de modo a atender a estabilidade interna

e a segurança contra o deslizamento ao longo da base, devendo-se adotar o maior

valor entre eles.

Figura 10 – Ábaco para dimensionamento de taludes íngremes

Fonte: JEWEL (1996)

45

Os ábacos de Jewell (1991) para a determinação de YR foram construídos

admitindo-se um coeficiente de interação solo/reforço r� igual a 0,8. Para valores

distintos de r�, o valor de YR obtido pelo ábaco deve ser multiplicado por 0,8/r�.

O espaçamento entre camadas horizontais de reforço é adotado como constante e é

calculado por:

8� = �� . {. gc}

A resistência por ancoragem limita a carga que o reforço é capaz de

desenvolver de forma a manter o equilíbrio da estrutura. Para compensar a perda de

força capaz de ser mobilizada no reforço, utiliza-se o coeficiente de empuxo de

dimensionamento ��, dado por:

�� = ��c}1 −Y;Y�

Com:

Y; = � ��2. {. g� � 11 − hz� �1r� . tan ∅′�

Onde:

�� o coeficiente de empuxo usado no dimensionamento;

Y; o comprimento de ancoragem requerido para o reforço na base da estrutura;

Y� o comprimento do reforço de modo a atender às condições de estabilidade interna

e segurança contra o deslizamento;

�� a resistência de projeto à tração do reforço;

r� o coeficiente de interação entre o solo e reforço.

3.2.3 Aterros

3.2.3.1 Sobre Solos Moles

Serão analisados os mecanismos de instabilidade e respectivos fatores de

segurança para expulsão de solo mole e ruptura generalizada:

Verificação da possibilidade de expulsão do solo mole

46

O método de cálculo convencional estuda o equilíbrio do bloco de solo mole

sob o talude do aterro. Assim, o fator de segurança contra a expulsão do solo mole

pode ser estimado pela equação:

vc = �: + �; + ��

Sendo:

• Fe o fator de segurança contra a expulsão do solo mole;

• PP a reação passiva contra o deslizamento do bloco de solo mole;

• RT a força de aderência no topo do bloco de solo mole;

• RB a força de aderência na base do bloco de solo mole; e

• PA o esforço ativo atuante sobre o bloco de solo mole.

3.2.3.1.1 Ruptura Generalizada (método de Low et al. 1990)

Low et al. (1990) apresentaram um método para dimensionamento de aterros

reforçados sobre solos moles por meio do emprego de gráficos e expressões

matemáticas, com base no método do equilíbrio-limite, desenvolvidos a partir da

utilização de software para as condições geométricas apresentadas na Figura 11. O

método de Low et al. Não é aplicável a aterros de bermas de equilíbrio.

Figura 11 – Análise de estabilidade de aterro reforçado por Low et al. (1990)

Fonte: PALMEIRA e ORTIGÃO (2004, p.74)

A expressão que fornece o fator de segurança mínimo do aterro reforçado para

todas as superfícies tangentes à horizontal na profundidade z é:

vR = v�1 − �o�g.

Sendo:

47

• vR o fator de segurança mínimo para todas as superfícies tangentes à

horizontal, na profundidade z, no caso reforçado;

• v� o fator de segurança mínimo para todas as superfícies tangentes à

horizontal, na profundidade z, no caso sem reforço;

• � o esforço de tração mobilizado no reforço;

• o� coeficiente para o caso de aterro reforçado; e

• g altura do aterro.

Isolando T, temos:

� = �1 − v�vR�{g²o�

Onde:

• { peso específico do material de aterro.

Para obter-se o valor de o�, tem-se a figura 12 a seguir:

Figura 12 – Valor de IR para o caso de aterro reforçado


Para determinação do fator de segurança no caso sem reforço, utiliza-se a

seguinte equação:

v� = s� 8zc}{g + s. � q{g + � tan�� Sendo:

• v� o fator de segurança mínimo para todos os círculos

tangentes à linha horizontal na profundidade z para o caso sem reforço;

48

• s�, s. e � números de estabilidade;

• 8zc} resistência não-drenada equivalente do solo mole;

• { peso específico do material de aterro;

• q e � parâmetros de resistência do material de aterro.

Os valores de s�, s. e � podem ser obtidos através da figura 13:

Figura 13 – Números de estabilidade de Low(1989) para aterros sem reforço


Para o caso típico apresentado na figura 14, o valor de de 8zc} para a

profundidade z pode ser obtido por:

8zc} = 0,38′z� + 0,658z� + 0,35 �|u| ��,� Δ8′z�

49

Figura 14 – Determinação de Sueq para variação linear de resistência não-drenada do solo mole com a profundidade


O raio do círculo crítico tangente à horizontal na profundidade z, para o caso

sem reforço, pode ser calculado por:

�� = � AH<��<�,$�+ 1,5638 �� + 0,5� g (com �� ≥ | + g)

Sendo:

• �� o raio do círculo crítico tangente à horizontal na profundidade z;

• ¢ inclinação do talude;

• | profundidade considerada; e

• g altura do aterro.

O raio do círculo crítico tangente à horizontal na profundidade z, para o caso

reforçado, pode ser calculado por:

�R = 0,�.'�BQ�� £¤�²��<�,$Q £¤�²� g (com �R ≥ | + g)

Sendo:

¥ = 12 �|g + 0,5�. + �¢. + 1�24

Para camada única de reforço imersa no aterro ou várias camadas de reforço

junto à base, é necessário corrigir o valor de � devido ao deslocamento da força

resultante através da expressão:

50

�u�R = ¦�¦′� �

Sendo:

• ¦� valor do braço de alavanca do reforço em camada única na base

do aterro, em relação ao centro do círculo;

• ¦′� braço de alavanca da força no reforço ou da resultante dos

esforços de tração nas camadas de reforço em relação ao centro do

círculo;

• �u�R valor de � corrigido devido à diferença dos braços de alavanca.

Essa expressão não deve ser usada em situações em que as camadas de

reforço estejam distribuídas ao longo da altura do aterro. Para tanto, verificar

solução genérica proposta por KANIRAJ (1994).

Então, calcula-se o módulo de rigidez secante à tração requerido para o

elemento de reforço, dado por:

§E = �¨@�©

Em que §E é o módulo de rigidez à tração requerido para o reforço e ¨@�© é a

deformação específica admissível no reforço.

Cálculo do comprimento mínimo de ancoragem do reforço

No caso de geogrelhas, a aderência conta também com a resistência passiva

dos membros transversais. Assim, a partir de ensaios de cisalhamento e

arranchamento pode-se calcular o coeficiente de interação (jª), que corresponde à

relação entre a tensão cisalhante da arrancamento de uma das faces da geogrelha e

a resistência ao cisalhamento do solo. O comprimento de ancoragem é dado por:

Y@Au = �@2jª« tan�

Em que:

• Y@Au comprimento da ancoragem;

• �@ carga de arrancamento;

• « tensão normal no plano do reforço;

• � ângulo de atrito do solo.

51

3.2.3.2 Sobre Estacas

A seguir é apresentada a metodologia de dimensionamento proposta pela

norma inglesa BS 8006 (1995) por apresentar um roteiro de cálculo facilmente

‘’automatizável’’.

A hipótese básica do método de dimensionamento proposto pressupõe que

todo o peso do aterro seja suportado pelas estacas, e as características

geomecânicas do solo mole somente têm importância para o dimensionamento das

estacas propriamente ditas. Essa hipótese é algo conservador, mas válida quando se

enfoca a rigidez relativa dos solos moles e das estacas cravadas.

A força de tração máxima (Tr) por metro, que atua no reforço, é definida da seguinte

forma:

• Na direção longitudinal do aterro, a força no reforço é aquela necessária para

transferir a carga vertical do aterro para as estacas, (Trp);

• Na direção transversal do aterro, a força no reforço é aquela necessária para

transferir a carga vertical do aterro para as estacas (Trp), e aquela necessária

para evitar o escorregamento lateral (Tds).

Para assegurar que o estado-limite último de reforço não seja alcançado

durante a vida útil da obra, a seguinte condição deve ser garantida:

��rA ≥ �R Sendo:

�� a força de dimensionamento no reforço;

rA o coeficiente de segurança parcial associado a fatores econômicos.

A metodologia proposta verifica cada um dos estados-limite. Além das

verificações citadas, é necessário, para as forças atuantes no reforço e associadas a

cada um dos estados-limite, que seja verificada a adesão entre o reforço e o solo

adjacente.

Não faz parte das verificações aqui apresentadas aquela do estado-limite último

de capacidade de carga do grupo de estacas, tendo-se em vista que esse tipo de

verificação já se encontra amplamente discutido na bibliografia específica, como, por

exemplo, em Poulos e Davis (1980) ou Décourt e tal (1998).

52

3.2.3.2.1 Extensão Lateral das Estacas

A área a ser estaqueada deve se estender lateralmente sob a “saia” do aterro

até uma distância suficiente para que o desempenho do aterro não seja afetado por

recalques diferenciais ou instabilidades. A distância Lp, entre a face externa do último

capitel e o pé do aterro, pode ser estimada da seguinte forma:

Y� = g�¢ − tan¬�� ¬� = 45� −′u�2

Onde:

g é a altura do aterro;

¢a inclinação do talude lateral do aterro (1V : nH)

¬� o ângulo com a vertical entre a face externa do ultimo capitel e a borda do aterro;

′u� é o ângulo de atrito efetivo do material do aterro a grandes deformações.

A figura abaixo apresenta as principais grandezas geométricas utilizadas. É

importante observar neste ponto que a coesão do aterro não é considerada no cálculo

e, portanto, especificamente para aterros compactados de solo residuais coesivos,

típicos no Brasil, o método proposto é conservador.

Figura 15 – Limite externo dos capitéis

Fonte: MELLO e BILFINGER (2004, p.135)

53

3.2.3.2.2 Arqueamento da Carga Vertical

Para garantir a adequada transferência da carga vertical às estacas/capitéis,

recomenda-se que a relação entre a altura do aterro e a distância entre capitéis seja

estimada por:

g ≥ 0,7�e − _� Sendo:

_ a dimensão do capitel;

e o espaçamento entre estacas adjacentes.

Em vista da grande diferença de rigidez entre as estacas e o solo mole existente

na base do aterro, a relação entre a tensão atuante nos capitéis (®′u) e a tensão

vertical média na base do aterro (′�) pode ser estimada pela formula de Marston

(John, 1987):

®′u«′� = [ju_g ].

Sendo:

ju o coeficiente de arqueamento (Tabela)

g a altura do aterro;

«′� =rt±{g +r}�±; {o peso específico do aterro;

�± a sobrecarga atuante dobre o aterro;

rt± = r} = 1,3 para estado limite últimos; no caso de estado-limite de utilização, esses

fatores de segurança parciais assumem valor unitários.

Tabela 7 – Coeficientes de Arqueamento


É importante notar que o coeficiente de arqueamento não leva em consideração

o tipo de solo, seus parâmetros de resistência ao cisalhamento e de deformabilidade.

TIPO DE ESTACAS COEFICIENTE DE ARQUEAMENTO

Estaca tipo ponta Cc = 1,95H/a - 0,18

Estaca tipo atrito lateral Cc = 1,5H/a - 0,70

TABELA

COEFICIENTE DE ARQUEAMENTO

54

Essa simplificação facilita os cálculos, mas é conservadora. A carga vertical distribuída

(²�) suportada pelo reforço entre os capitéis pode ser determinada da seguinte forma:

a) Para g > 1.4�e − _�: ²� = ´�1,4e. rt±. {�e − _�e. −_. µ ¶ �e. −_. �®′u«′��

b) Para 0,7�e − _� ≤ g ≤ 1,4�e − _�: ²� = �e ¸rt±. {. g + r}. �±¹�e. −_.� ¶ �e. −_. �®′u«′��

Mas ²� = 0quando

e._. ≤ ®′u«′� A força �R�, atuante no reforço resultante da ação de uma carga distribuída ²�é dada

por:

�R� = �²±�e − _�2_ . º1 + 16¨»� .¼

sendo ɛ a deformação especifica no reforço.

A equação apresenta duas incógnitas e geralmente é resolvida supondo-se

máxima a deformação admissível do reforço. Geralmente se impõem valores menores

ou iguais a 6%.

3.2.3.2.3 Escorregamento Lateral

O reforço precisa resistir aos esforços devidos ao escorregamento lateral, sob

deformações admissíveis compatíveis com os deslocamentos laterais das estacas,

eliminando também a necessidade de estacas inclinadas nas regiões das bordas.

Estima-se esse esforço lateral (��±) a partir de:

��± = 0,5½@¸rt±{g + 2r}�±¹g

Sendo ½@ o coeficiente de empuxo ativo = tan.¸45� −bu� 2⁄ ¹

Tal qual no caso da estimativa da extensão lateral das estacas, também aqui a

formulação não incorpora considerações com relação a coesão do aterro. Para o caso

dos empuxos laterais, facilmente se poderia incluir na formulação a parcela redutora

dos empuxos devido à coesão; isso seria feito da seguinte forma:

55

��± = 0,5½@¸rt±{g + 2r}�±¹g − 2ruq′½@� .¼

Sendo ru o fator de segurança parcial para a coesão.

A fim de que a força ��± seja gerada no reforço, é necessário que o aterro não

deslize sobre este. Para evitar que ocorra esse escorregamento, o comprimento

mínimo do reforço deverá ser:

Yc ≥ ¿0,5½@g¸rt±{g + 2r}�±¹r±rAÀº{. ℎ�¥′ tan′u��r©± »

Sendo:

r± o fator de segurança parcial para a resistência ao escorregamento sobre reforço;

ℎ a altura média de aterro sobre o comprimento Ycdo reforço;

¥′ o coeficiente de interação relacionando o ângulo de atrito ′u� do solo com a

resistência da interface solo-reforço;

r©± o fator de segurança parcial a ser aplicado em ′u� (nesse caso, igual à unidade).

Além dessa verificação, é necessário que o reforço geossintético se estenda,

no mínimo, por uma distancia Y� além da linha capitéis mais externa do aterro:

Y� ≥ r©± . rA. r�¸�R� − ��±¹{. ℎ �¥′� tan′u��r©± +¥′.. tan′u�.�

Em que:

r� o fator de segurança associado à resistência a arranchamento (para estados-

limites últimos, deve-se utilizar um valor 1,3; já para estados-limite de utilização, deve-

se empregar o valor unitário)

¥′� o coeficiente de interação relacionado o ângulo de atrito ′u�� do solo com a

resistência da interface solo-reforço em um dos lados do reforço;

¥′. o coeficiente de interação relacionando o ângulo de atrito ′u�. do solo com a

resistência da interface solo-reforço do lado oposto.

Ao longo do comprimento do aterro, a distancia Y� além da última linha de

capitéis, é definida de forma análoga:

Y� ≥ r©± . rA. r��R�{. ℎ �¥′� tan′u��r©± +¥′.. tan′u�.�

56

Em muitos casos, na prática, é difícil garantir a distancia Y� adequada. Uma

solução potencial consiste em utilizar, por exemplo, um bloco de reação. A distância

Y� é alcançada envolvendo-se o bloco de reação e retornado o reforço geossintético

para o interior do aterro.

3.2.3.2.4 Estabilidade Global

A estabilidade global deve sempre ser verificada através de métodos

convencionais do tipo equilíbrio-limite, com modificações que considerem a presença

das estacas e do reforço.

3.2.3.2.5 Deformação do Reforço

A deformação máxima do reforço (¨©áÂ) deve ser limitada, a fim de garantir que

não ocorram recalques diferenciais na superfície do aterro. Como limite prático dessa

deformação específica máxima, tem-se adotado 6%. No caso de aterros de pequena

espessura, esse valor deverá ser ainda menor.

A deformação especifica lenta, de longo prazo, de acordo com a BS 8006, deve

se limitar a um valor de 2%. A partir da curva forca x deformação, das forças atuantes

calculadas e da deformação máxima definida acima, é possível especificar qual o

geossintético mais adequado para cada situação.

Figura 16 – Principais Esforços Atuantes


57

3.2.3.3 Sobre Cavidades

Em terrenos sujeitos a cavidade, deve-se assegurar que a camada de

geogrelha suporte as cargas aplicadas pelo solo sobreposto e por qualquer outra

causa – como o carregamento aplicado pelo tráfego em uma estrada ou pelo líquido

em um reservatório – sem sofrer ruptura ou deformação excessiva. Sujeito a carga, o

sistema solo/geogrelha sofre deflexão sobre a cavidade, podendo ocorrer três

situações.

• A Geogrelha se rompe;

• A geogrelha sofre deflexão limitada e vence o vão do vazio;

• A geogrelha sofre deflexão até entrar em contato com o fundo do vazio;

O estiramento da geogrelha mobiliza uma parcela de sua resistência a tração.

Em consequência, ele passa a atuar como uma membrana tracionada, tornando-se

capaz de suportar cargas aplicadas verticalmente à sua superfície de colocação.

Como resultado do estiramento, dois casos devem ser considerados.

• No primeiro caso, a geogrelha estirada entra em contato com o fundo do vazio.

A parcela mobilizada da resistência da geogrelha suporta uma parte do

carregamento normal à sua superfície. O restante da carga é transmitido para

o fundo do vazio.

• No segundo caso, a geogrelha não se deforma o suficiente para entrar em

contato com o fundo do vazio. Nessa situação, ou a geogrelha é resistente o

suficiente para suportar a carga normal em sua superfície ou ela rompe. Esta

segunda possibilidade é a mais crítica em termos de solicitação do

geossintético, pois este responde por toda a capacidade de suporte.

É admitida a pior condição de solicitação da geogrelha. Segundo Giroud et

al(2000) a determinação da tensão vertical aplicada sobre o plano da geogrelha e

também os esforços de tração são feitas em separados, para tensão vertical utiliza-se

a teoria do arqueamento, de Terzaghi (1943), e para estabelecer uma relação entre a

tensão vertical da geogrelha e a deflexão, deformação e esforço de tração sobre ele,

emprega-se a teoria das membranas tracionadas.

58

3.2.3.3.1 Teoria do Arqueamento

O vazio formado sob a geogrelha pode ser circular (de diâmetro 2r) ou

retangular de comprimento infinito (de largura b). A camada de solo sobre a geogrelha

é considerada vertical de espessura g, peso especifico {, e sujeita a uma sobrecarga

uniforme de taxa ~.

3.2.3.3.2 Efeito de arqueamento sobre vazio de comprimento infinito

Terzaghi estabeleceu equações para efeito de arqueamento sobre vazios de

comprimento infinito, admitindo que a transferência lateral de carga ocorre por meio

de tensões cisalhantes ao longo dos planos verticais cuja solução, aplicando-se a

condição de contorno «� = ~para | = 0, é dada por:

«��|� = Ã �{ − 2.qÃ�2. ½. tan∅ ¿1 − ÄQD.\]^∅�..� �⁄ �À + ~. ÄQD.\]^∅�..� �⁄ �

Para aplicações práticas, é conveniente desprezar a coesão �q� do solo.

Considerando-se ainda o uso de expressões empíricas para coeficientes de empuxo.

Aplicando-se essas considerações a equação, a pressão ® sobre a geogrelha será a

tensão «� calculada para profundidade | = g. Assim:

® = 2. {. Ã¸1 − ÄQ�,$.�� ⁄ �¹ + ~. ÄQ�,$.�� ⁄ �

3.2.3.3.3 Efeitos de arqueamento sobre vazio circular

De forma análoga, para o caso de vazios circular, partindo da equação de

equilíbrio para o elemento infinitesimal.

¦«� = �{ − 2 Åh" ¦|

Chega-se à expressão da pressão ® sobre a geogrelha sobre uma cavidade

circular de raio h. ® = 2. {. h¸1 − ÄQ�,$.�� R⁄ �¹ + ~. ÄQ�,$.�� R⁄ �

3.2.3.3.4 Teoria da Membrana Tracionada

Admitindo-se que:

59

a) A pressão atuante sobre a geogrelha é uniforme

b) A deformação especifica sob tração é uniforme na geogrelha sobre cavidade

c) A deformação na geogrelha fora da cavidade é nula, ou seja, a geogrelha não

escorrega para dentro do vazio.

Com isso, obtém-se uma grande simplificação no cálculo do esforço de tração

na geogrelha.

3.2.3.3.5 Tração na geogrelha sobre cavidade de L infinito e largura b

A deformação da geogrelha é semelhante a uma superfície cilíndrica,

reduzindo-se a um arco de curva circular de corda Ã e flecha Æ em seção transversal.

A deformação específica �¨� é obtida da relação entre o comprimento do arco e o

comprimento inicial expresso, pelo comprimento da corda Ã, sendo obtida através de:

1 + ¨ = 1¶ . _hq sin ¶

Onde:

¶ = 4ÃÆ�Ã. + 4Æ.� Do equilíbrio estático na direção vertical, pode-se finalmente determinar o

esforço de tração ��, por metro de comprimento da geogrelha.

� = ®. Ã2. ¶

3.2.3.3.6 Esforço de tração na geogrelha sobre cavidade circular de raio r

No caso de vazio circular, a deformação não é uniforme, obtendo-se apenas

um valor aproximado par a deformação específica ¨ com o uso da equação

1 + ¨ = 1¶ . _hq sin ¶

De forma semelhante temos:

� = ®. h2. ¶

Parâmetros utilizados no método.

g = altura de solo acima da geogrelha;

60

Ã = largura da cavidade de comprimento infinito;

h = raio da cavidade circular;

{ = peso específico do solo acima da geogrelha;

~ = sobrecarga uniforme aplicada na superfície do terreno;

® = tensão normal aplicada sobre a geogrelha;

q = coesão do solo;

∅ = ângulo de atrito do solo, em graus;

� = esforço de tração na geogrelha, em kN/m

«�, «> = tensão normal vertical e horizontal, respectivamente;

½ = coeficiente de empuxo;

Å = tensão de cisalhamento;

¨ = deformação específica da geogrelha;

v� = fator de redução global, para a resistência da geogrelha a tração;

Sequência de cálculo

Obtendo-se o valor da deformação específica ¨ determina-se o valor de ¶, podendo-

se determinar o esforço de tração da geogrelha por meio das expressões:

� =®. Ã2. ¶ � = ®. h2. ¶

O esforço de tração requerido da geogrelha selecionado deve atender à condição:

�Rc} = �Çv�

Uma tabela demonstrativa encontrada no anexo B deste trabalho apresenta a

escala de valores das capacidades de resistência à tração de todas as geogrelhas

aqui analisadas. O desenvolvimento do fluxograma sofrerá constante análise quanto

à exequibilidade, funcionalidade e viabilidade segundo sua utilização como auxílio na

escolha da geogrelha mais apropriada de acordo com cada necessidade e

característica de obra. No próximo capítulo, serão apresentados os resultados das

análises bem como o fluxograma proposto em sua forma definitiva.

61

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

De acordo com a pesquisa bibliográfica, informações técnicas coletadas, a

metodologia proposta e os métodos de dimensionamento apresentados no capítulo

anterior, é apresentada uma síntese de informações pertinentes separada por 11

aplicações de geogrelhas que foram utilizadas como base para o desenvolvimento do

fluxograma proposto.

4.1 REFORÇO DE BASE EM RODOVIA COM PAVIMENTO PRIMÁRIO

Fonte: Os autores

Resultados na aplicação:

• Tensões normais reduzem em grandeza;

• Menores deformações do solo;

• O reforço é mais efetivo para grandes deslocamentos do aterro; e

• Não indicado para vias com pequena trafegabilidade.

62

4.2 REFORÇO DE BASE EM RODOVIA COM REVESTIMENTO

Fonte: Os autores


• Garante estabilidade global do aterro;

• Evita necessidade da remoção de solo;

• Diminui níveis de deflexão e espessuras das camadas reforçadas;

• Distribuição uniforme das cargas verticais;

• Previne formação de superfícies de ruptura;

• Garante aumento de CBR com menores espessuras;

• Reduz custos de implantação;

• Reduz volumes de materiais necessários; e

• Reduz prazos de execução das obras.

63

4.3 REFORÇO DE REVESTIMENTO ASFÁLTICO

Fonte: Os autores


• Facilita manutenção da impermeabilização do revestimento;

• Maior integridade estrutural da camada asfáltica;

• Previne sua propagação por reflexão à nova camada de revestimento;

• Reduz a migração de materiais;

• Garante a permeabilidade das camadas granulares;

• Aumento da resistência à tração; e

• Aumento da resistência à fadiga do pavimento.

64

4.4 REFORÇO DE ESTRUTURA FERROVIÁRIA

Fonte: Os autores


• Garante a estabilidade local e global;

• Diminui tempo de espera para a consolidação; e

• Permite áreas com maior declive.

65

4.5 REFORÇO DE BASE DE PAVIMENTO AEROVIÁRIO

Fonte: Os autores











66

4.6 REVESTIMENTO ASFÁLTICO DE PAVIMENTO AEROVIÁRIO

Fonte: Os autores


• Facilita manutenção da impermeabilização do revestimento;

• Maior integridade estrutural da camada asfáltica;

• Previne propagação por reflexão à nova camada de revestimento;

• Reduz a migração de materiais;

• Garante a permeabilidade das camadas granulares;

• Aumento da resistência à tração; e

• Aumento da resistência à fadiga do pavimento.

67

4.7 REFORÇO DE BASE DE PAVIMENTO INDUSTRIAL

Fonte: Os autores











68

4.8 REFORÇO PARA CONTENÇÃO COM MUROS E TALUDES

Fonte: Os autores


• Utilizado em várias camadas constituindo um sistema de reforço do aterro de

recomposição de taludes naturais ou de muros de contenção vegetalizada; e

• Garante, também, a estabilidade da face compondo o sistema de controle de

erosão superficial do talude.

69

4.9 REFORÇO DE ATERRO SOBRE SOLOS MOLES

Fonte: Os autores

Fonte: Os autores


• Garante a estabilidade local e global;

• Diminui tempo de espera para a consolidação; e

• Permite áreas com maior declive.

70

4.10 REFORÇO DE ATERRO SOBRE ESTACAS

Fonte: Os autores


• Absorve e distribui cargas verticais do aterro;

• Evita necessidade da execução de laje em concreto armado sobre a fundação

em estacas; e

• Previne recalques diferenciais pelo puncionamento das estacas no aterro.

71

4.11 REFORÇO DE ATERRO SOBRE CAVIDADES

Fonte: Os autores


• Atua como suporte do aterro; e

• Previne acidentes caso ocorra abertura repentina de cavidades abaixo do

aterro à presença de solos colapsáveis ou por se tratar de regiões de minas

desativadas.

4.12 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO

O método que será apresentado para análise, segundo o fluxograma

apresentado no anexo A, será o método adaptado de AASHTO (1993), que se refere

ao reforço com geogrelha para pavimentos flexíveis. Esse método apresenta

vantagens uma vez que existe apenas a introdução da variável TBR na equação

original do método de dimensionamento de pavimentos da AASHTO (1993). Além

disso, não existe a necessidade da realização de muitos outros ensaios que não os já

tradicionais em projetos de pavimento.

A efetiva contribuição do emprego de geossintéticos na separação, filtração e

reforço de camadas de estruturas de pavimentos flexíveis, de maneira geral, se dá

72

pelas seguintes variáveis no desempenho do pavimento segundo Trichês e Bernucci

(2004, pág. 154):

• Espessura da camada granular a ser reforçada;

• Posição relativa do geossintético na camada granular;

• Características mecânicas do geossintéticos;

• Capacidade de suporte (CBR) da camada de assentamento;

• Forma de aplicação do carregamento: estático ou cíclico;

Em quase todos os experimentos, o principal indicador que quantifica a

melhoria do desempenho do pavimento com a inclusão do geossintéticos é a taxa de

benefício de tráfego, TBR (traffic benefit ratio), definida por:

TBR = N��N

Em que:

N�� é o número de repetições do eixo padrão de 82 kN que produz um determinado

afundamento em trilha de roda (T) no pavimento com o geossintético;

N é o número de repetições do eixo padrão de 82 kN que produz o mesmo

afundamento em trilha de roda (T) no pavimento sem o geossintético.

Apresenta-se o método adaptado de dimensionamento de pavimentos, cuja

equação é:

9,36 log��SN� + 1� + log�� ∆PSI4,2 − 1,5"0,4 + 1094�SN� + 1�$,�%

−

− log W�'TBR + 2,32 log�M� +ZS� − 8,27 = 0

Onde:

∆PSI é a perda de serventia esperada durante o período de projeto (tipicamente, entre

1,7 e 2,2);

W�' número de solicitações equivalentes ao eixo padrão de 82 kN, calculado com os

coeficientes da AASHTO;

73

M o módulo de resiliência do subleito (psi);

Z o desvio padrão para a probabilidade de êxito que se quer para a estrutura

dimensionada (valores entre -0,84 e – 1,34 para probabilidade de êxito de 80 e 91%,

respectivamente);

S� o desvio padrão que leva em conta as incertezas das variáveis medidas e do

processo construtivo (tipicamente entre 0,44 e 0,49);

TBR a taxa de beneficio de trafego;

SN� o número estrutural considerando-se a contribuição da geogrelha.

SN o numero estrutural que representa a capacidade que o pavimento dimensionado

deverá ter para atender ao trafego estimado para o período de projeto.

SN = a�D� + a.D.m. + a0D0m0, Sendo:

a1 o coeficiente estrutural do material da camada i; D1 a espessura da camada i�polegadas�; m1 o coeficiente de drenagem do material da camada i;

Nível de confiabilidade desejado

O nível de confiabilidade desejado (R) para uma rodovia coletora urbana varia

de 80 a 95%. No dimensionamento é levado em conta através do termo Z x S�. O

valor de Z varia de acordo com a tabela abaixo, e o S� varia de 0,4 a 0,5.

Nível de confiabilidade desejado e

valor de ZR [AASHTO, 1993]

Confiabilidade R

(%) ZR

80 -0,841

85 -1,037

90 -1,282

92 -1,405

94 -1,555

95 -1,645

Para o exemplo proposto, selecionou-se uma confiabilidade de 90%,

correspondente a um Z de -1,282, e um valor de S� igual a 0,45.

74

Índice de serventia final (Pf)

A serventia de um pavimento representa a sua capacidade de servir ao tráfego.

A medida da serventia é feita pelo índice de serventia presente (PSI), que varia de 0

(intrafegável) até 5,0 (em perfeitas condições de rolamento). Um pavimento flexível,

recém-construído, apresenta um PSI inicial de (P0) em geral de 4,2. Normalmente a

serventia final adotada (Pf) para essa classificação de rodovia é igual a 2. Resulta,

então, em um ∆PSI de 2,2.

Módulo de resiliência do subleito

Quando não se realiza ensaio triaxial com cargas cíclicas, o MR pode ser

estimado através do modelo considerado pela AASHTO (1993), no exemplo usaremos

um CBRde 4%, segue expresso à equação:

M�psi� = 1.500CBR�%�

Coeficientes estruturais das camadas do pavimento

1- Revestimento de concreto asfáltico �a�� O coeficiente estrutural do concreto asfáltico pode ser estimado pelo modelo expresso

na equação:

a� = EË]1,43EË] + 27200

Onde:

EË] corresponde ao módulo de elasticidade do concreto asfáltico.

2- Camada base �a.� O coeficiente estrutural da camada de base pode ser estimado pelo modelo expresso

na equação:

a. = 0,249 log EÌ − 0,977

Onde:

Eb é o módulo de elasticidade médio da camada de base, em psi. 3- Camada de sub-base �a0� O coeficiente estrutural da camada de sub-base pode ser estimado pelo modelo

expresso na equação:

a0 = 0,227 log EÍÌ − 0,839

75

Onde:

EÍÌ é o módulo de elasticidade médio da camada de sub-base, em psi. 4- Coeficiente de drenagem (mi)

Considerando-se que, para as condições climáticas brasileiras, em menos de 5% do

tempo o pavimento será exposto a níveis de umidade próximos à saturação e que as

camadas de base e sub-base granulares têm uma boa qualidade de drenagem, pode-

se estimar um valor para o coeficiente de drenagem ao redor de 1,1 (AASHTO, 1993).

Para camadas executadas em solo, o coeficiente de drenagem pode variar de 0,75 a

1,0.

Dimensionamento da estrutura

Será realizado o dimensionamento de uma estrutura hipotética, com valores de

entrada do processo bastante comuns, descrita por Trichês e Bernucci (2004, pág.

165). Por se tratar de um estudo teórico, serão avaliados diferentes valores de TBR,

de modo a verificar a sensibilidade de variação das espessuras das camadas segundo

essas variações de TBR.

A estrutura a ser analisada possui as seguinte variáveis apresentadas abaixo:

Parâmetros de projeto

∆PSI 2,2

W�' 3000000

MÍÎÌ 420kgf/cm2 (6000psi)

EË] 33000kgf/cm2 (470800psi)

EÌ 3000kgf/cm2 (42850psi)

EÍÌ 1500kgf/cm2 (21425psi)

Z -1,282

S� 0,45

Os valores de módulo de elasticidade das camadas de concreto asfáltico, base

e sub-base (EË], EÌ e EÍÌ, respectivamente) conduzem aos valores de coeficiente

estruturais (a1) que aparecem na tabela seguinte:

76

Valores dos coeficientes estruturais

Camadas a

Revestimento

(Concreto asfáltico) 0,44

Base (Brita graduada)

0,157

Sub-base

(Macadame seco) 0,14

Com os dados de entrada apresentados, aplicamos o método adaptado de

AASHTOO, (1993), que resultou nos seguintes resultados de SNÌÏ, com diferentes

valores de TBR.

TBR SN�

1,0 4,20484

1,2 4,09752

1,4 4,00835

1,6 3,93226

1,8 3,86604

2,0 3,80752

2,2 3,75515

2,4 3,70783

2,6 3,6647

2,8 3,62512

3,0 3,58857

4,0 3,43928

Para um TBR igual a 1 é como se não existisse o reforço da geogrelha. Para

fins de cálculo, se voltarmos na fórmula do número estrutural com a aplicação da

geogrelha (8s;� =a�D� + a.D.m. + a0D0m0), onde a primeira parcela representa o

revestimento asfáltico, a segunda parcela representa a base e a terceira parcela

representa a sub-base, e o coeficiente de drenagem é representado por Ðª. Usando

como parâmetro a planilha de dimensionamento da prefeitura de São Paulo, citada

anteriormente, nela utilizando os mesmo dados de entrada do exemplo aqui citado,

chegamos a espessura da camada (D�) do revestimento flexível em 5 centímetros e a

espessura da camada (D.) da base em 17 cm, e levando em conta o coeficiente de

drenagem do material (Ð) igual a 1,1, obtivemos as seguintes espessuras para

camada de sub-base.

77

�W�

Espessura da camada de sub-base, em centímetros [cm]

1,0 36

1,2 34

1,4 33

1,6 32

1,8 30

2,0 29

2,2 29

2,4 28

2,6 27

2,8 26

3,0 26

4,0 23

Dados de entrada executados no programa DimPav.

O �W� para os diferentes tipos de geogrelha avaliados, segundo Trichês e

Bernucci (2004, pág. 155), varia de 2 a 4. No fluxograma apresentado foi levado em

consideração as geogrelhas comercializadas em território brasileiro, que tem um

Faixa Exclusiva de Ônibus

Repetições do Eixo Padrão Tráfego Meio Pesado

Revestimento

Binder sob o revestimento?

Base

Sub-Base

Material de Sub-Base CBR (%) 30

Reforço

Material de Reforço CBR (%)

Subleito

Classificação MCT CBR (%) 4

Dimensionamento

Camada Espessura (cm) CBR (%) Heq (cm) K K x H ΣΣΣΣ K x H ΣΣΣΣ K x H ≥ Heq

Revestimento 5,0 2,0 10,0

Binder 0,0 0,0 0,0

Base 17,0 1,0 17,0 10,0

Sub-Base 42,0 30,0 26,3 1,0 42,0 27,0 OK

Reforço 0,0 0,0 0,0 0,0 69,0 OK

Subleito 4,0 68,7 69,0 OK

Tráfego

Material

Concreto Asfáltico Usinado a Quente

Características dos Materias das Camadas

Observações

3.000.000

Não Aplicável

Macadame Hidráulico

Não Aplicável

Brita Graduada Simples

Sim Não

Concreto Asfáltico Usinado a Quente

Sim Não

Brita Graduada Simples

Sim

Não

Macadame Hidráulico

Sim

Não

Não AplicávelNão Aplicável

Sim

Não

NA'

Há necessidade de rachão para estabilização do subleito

Dimensiona

78

intervalo de resistência à tração que varia de 15kN/m até 1600kN/m, assim cabe ao

projetista determinar por meio de trabalhos já realizados qual o melhor valor de TBR

para a geogrelha que irá determinar.

Abaixo segue a tabela com o intervalo de valores de resistência à tração das

geogrelhas selecionadas:

Com base nos estudos de Trichês e Bernucci (2004, pág. 163), o valor usual

para a TBR é 2, preferencialmente, o geossintético deverá apresentar um módulo

secante superior a 600kN/m.

15 20 25 30 35 40 50 60 68 80 90 100 120 150 200 220 225 300 400 500 600 700 800 900 1000 1600

HUESKER

FORTRAC T

MACCAFERRI

MACGRID EG

GEOFOCO

GEOGRELHA

GEOSOLUÇÕES

STRATAGRID

GEOSOLUÇÕES

STRATABASE

INOVAGEO

GEOGRELHA IG

TEGAPE

GEOGRELHA

HUESKER

FORNIT

HUESKER

FORTRAC M

HUESKER

FORTRAC MP

Escala de Resistência à Tração [kN/m]MARCAS

79

5 CONCLUSÕES

Este trabalho teve como objetivo a criação de um mecanismo em forma de

fluxograma com o intuito de instruir e auxiliar na escolha de geogrelhas face a

diferentes necessidades na utilização do produto geossintético baseada em

características técnicas dos produtos disponíveis no mercado brasileiro e nos

resultados esperados na aplicação de cada geogrelha de acordo com informações

fornecidas pelos fabricantes. O fluxograma explorou a função principal das geogrelhas

para solos de baixa capacidade de suporte que necessitam de reforço através de

geossintéticos, assim proporcionando mais precisão na decisão sobre a utilização de

cada tipo de geogrelha.

De todos os fabricantes de geogrelha analisados, notou-se, em vários quesitos,

deficiência ou falta de precisão no fornecimento de informações como processo de

fabricação e propriedades relevantes para cálculo e dimensionamento dos materiais,

principalmente no que tange o módulo de resistência à tração do produto. É possível

que essa seja uma estratégia de mercado para que o cliente entre em contato direto

com representante da marca.

Os métodos de dimensionamento apresentados se mostraram de grande

utilidade para o desenvolvimento do trabalho e para comprovação da exequibilidade

da proposta, assim como vão de encontro ao que alguns autores alegam

argumentando que métodos de cálculo de reforço com geossintético apresentados

atualmente não contemplam exemplos de dimensionamento detalhados, [...] fazendo

com que a completa compreensão da proposta seja demasiadamente desgastante e

onerosa, desestimulando, dessa forma, a aplicação desta tecnologia[...]. GARCEZ

(1999, p.82)

De forma geral e considerando as dificuldades enfrentadas relativas à busca

de informações técnicas e contato com fabricantes e representantes, o objetivo da

pesquisa foi atingido com êxito demonstrando a síntese da pesquisa e a viabilidade

da utilização do fluxograma proposto abrangendo obras de reforço em pavimentos,

aterros e contenção. Sugere-se uma sequência na pesquisa complementando ainda

mais as informações disponibilizando estimativa de custos por geogrelha e contato

direto com os representantes de cada fabricante. Uma melhoria significativa no

fluxograma poderia ser feita através de aplicação do modelo em sistema

computacional para que a interface com o usuário se torne mais usual e facilitada.

80

REFERÊNCIAS

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81

EATON, R.A.; GERARD, S.; CATE, D.W. RATING UNSURFACED ROADS – A field manual for measuring maintenance problems. Special Report 87-15. Cold Regions Research & Engineering Laboratory, US Army Corps of Engineers, 1987. GARCEZ, G. L. APLICAÇÃO DE GEOSSSINTÉTICOS COMO REFORÇO DE BASES EM OBRAS VIÁRIAS. Dissertação (Mestrado em Ciências) – Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Infraestrutura Aeronáutica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, 1999. GERMAN HUESKER , (acessível em www.huesker.com), data do acesso: 29/07/2016 MACCAFERRI. Critérios gerais para projeto, especificação e aplicação de geossintéticos: Manual Técnico. São Paulo: Maccaferri do Brasil, 2009. MACHADO, Lavoisier; VERTEMATTI, José Carlos; VIDAL, Delma; DURAN Jaime; TEIXEIRAS, Alexandre. APLICAÇÃO DE GEOSSINTÉTICOS NA ENGENHARIA, Curitiba, 1998. MELLO, Luis Guilherme F. S. de; BILFINGER, Werner; APLICAÇÕES EM REFORÇO DE SOLOS livro: manual brasileiro de geossintéticos, Edição 1, São Paulo, Editora Blucher, 2004. NASCIMENTO, Ney Augusto do; PUPPI, Rogério Francisco Küester; APLICAÇÕES EM REFORÇO DE SOLOS livro: manual brasileiro de geossintéticos, Edição 1, São Paulo, Editora Blucher, 2004. NEOMATEX (2016) Grelhas extrudada, costurada e tecida, (Acessível em http://www.neomatex.com.br/geogrelha-preco), data do acesso: 12/09/2016. PEREIRA, A. S.; UTILIZAÇÃO DE GEOTÊXTEIS EM REFORÇO DE PAVIMENTO APLICADO EM UM TRECHO EXPERIMENTAL, Edicão XIV, São Paulo, 2002. QUEIROZ, Rudney C.; GEOLOGIA E GEOTECNIA BÁSICA PARA ENGENHARIA CIVIL, São Paulo, Blucher, 2016. RODOLFO, MARCOS P. PLANILHA DIMPAV VERSÃO 1.0: DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS SEGUNDO OS CRITÉRIOS DA PMSP. Laboratório de Mecânica de Pavimentos da Prefeitura Municipal de São Paulo, 2004. SENÇO, Wlastermiller de; MANUAL DE TÉCNICAS DE PAVIMENTAÇÃO, Volume 2. Edição 1, São Paulo, Editora PINI, 2001. TOSCARELLI, J.; GODOY, S.; USO DE GEOTEXTILES PARA PREVENIR REFLEXION DE FISURAS EM LA REABILITACION DE PAVIMENTOS, Venezuela, 1993. TRICHÊS, Glicério; BERNUCCI, Liedi Bariani; REFORÇO DE BASE DE PAVIMENTOS livro: manual brasileiro de geossintéticos, Edição 1, São Paulo, Editora Blucher, 2004.

82

VERTEMATTI, Jose Carlos; AGUIAR, Paulo Roberto; PALMEIRA, Ennio Marques, ORTIGÃO, Alberto; MANUAL BRASILEIROS DE GEOSSINTETICOS. Edição 1, São Paulo, Editora Blucher, 2004.

83

ANEXO A

A seguir é apresentado o fluxograma de orientação para escolha de geogrelha

de acordo com as classes de obra e aplicações em sua versão final.

84

85

ANEXO B

Escala de amplitude de valores de resistência à tração de cada modelo de geogrelha analisada:

15 20 25 30 35 40 50 60 68 80 90 100 120 150 200 220 225 300 400 500 600 700 800 900 1000 1600HUESKER

FORTRAC A

HUESKER

FORTRAC T

HUESKER

HATELIT C

MACCAFERRI

MACGRID WG

MACCAFERRI

MACGRID EG

MACCAFERRI

MACGRID AR

GEOFOCO

PAVIMENTO 50/50

GEOFOCO

GEOGRELHA

GEOSOLUÇÕES

STRATAGRID

GEOSOLUÇÕES

STRATABASE

OBER

FORTGRID

INOVAGEO

GEOGRELHA IG

TEGAPE

GEOGRELHA

HUESKER

FORNIT

HUESKER

FORTRAC M

HUESKER

FORTRAC MP

Escala de Resistência à Tração das Geogrelhas Avaliadas (kN/m)

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