O USO DE GABIÕES COMO ESTRUTURA DE CONTENÇÃO

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1 LENY TIEMI ONODERA O USO DE GABIÕES COMO ESTRUTURA DE CONTENÇÃO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental. SÃO PAULO 2005

2 LENY TIEMI ONODERA O USO DE GABIÕES COMO ESTRUTURA DE CONTENÇÃO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental. Orientador: Profª Drª Gisleine Coelho de Campos SÃO PAULO 2005

3 Dedico aos meus pais pelos esforços despendidos por todos esses anos. i

4 ii RESUMO Nos últimos anos, novas soluções para evitar o deslizamento de taludes naturais e artificiais foram desenvolvidas. Isto significa que, hoje em dia, os riscos de escorregamentos podem ser melhor controlados pela engenharia civil. Os muros em gabiões são uma das possíveis alternativas para conter um talude, sendo de fácil execução e com o custo mais baixo do que outras. Devido a isto, este trabalho aborda sistemas de contenções em gabiões, com ênfase na integração ao meio ambiente. Um caso real é discutido também, mostrando como as contenções em gabiões são usadas para conter as margens de um córrego. Palavras Chave: contenção, gabião, estabilização.

5 iii ABSTRACT Over the last years, new solutions to avoid the sliding of natural and artificial slopes were developed. This means that the risks of a slope failure can be better controled by civil engineering nowadays. Gabion walls are one of the possible alternatives to contain a slope, and it is easy to be constructed and cheaper than others. Due to this, this paper describes gabion wall systems, with emphasis on its integration in the environment. A real case is also discussed, showing how the gabion wall is used to contain the lateral banks of a stream. Words Key: containment, gabion, stabilization

6 iv LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura O uso de gabião nas margens do rio Tietê...2 Figura Detalhe do gabião recebendo concreto projetado...2 Figura Margem do rio Tietê em gabião revestido com concreto...3 Figura Dois exemplos de muros de contrafortes...9 Figura Perfil e planta de uma estrutura em Crib Wall...10 Figura Ilustração da seção de solo reforçado...12 Figura Atuação do empuxo ativo em estruturas de contenção...14 Figura Exemplos da atuação do empuxo passivo...14 Figura Equação e o diagrama do empuxo ativo...15 Figura Equação e o diagrama do empuxo passivo...15 Figura Dados do projeto a ser analisado...19 Figura Coordenadas para desenhar o perfil...20 Figura Perfil da seção analisada...21 Figura Entrada de dados dos tipos de solos...21 Figura Coordenadas do perfil do lençol freático...22 Figura Visualização da seção com o nível de água...23 Figura Tipos de métodos para análise...24 Figura Visualização final do perfil analisado...25 Figura Entrada de dados da sobrecarga...26 Figura Relatório com os resultados...26 Figura Seção analisada e o círculo crítico...27 Figura Seção projetada simulando o projeto...27 Figura Gabião Caixa...30 Figura Muro em gabião na beira da estrada...31 Figura Gabião utilizado no apoio da ponte...32 Figura Gabião Saco...32 Figura Utilização do Gabião Saco como fundação dentro da água...33 Figura Gabião Colchão...34 Figura Canal de drenagem com a utilização do gabião colchão...35 Figura Combinação dos três tipos de gabiões...35

7 v Figura Deformação no muro em gabião...37 Figura O muro coberto pela vegetação...38 Figura Visualização inicial do programa GawacWin...39 Figura Dados gerais sobre o muro...39 Figura Dimensões do muro em gabião...40 Figura Dados sobre o terrapleno...40 Figura Dados da superfície freática...41 Figura Cargas sobre o terrapleno...41 Figura Visualização final da análise...42 Figura Página 1 do relatório obtido pelo programa GawacWin...43 Figura Página 2 do relatório com mais dados da análise...44 Figura Página 3 do relatório com os resultados da verificação...45 Figura Travessia do córrego Popuca sob a Av. Nova Cumbica...46 Figura Vista geral da travessia...47 Figura Detalhe da entrada do bueiro duplo Ø 1,20 m...48 Figura Vista do córrego para montante, a partir da testa do bueiro existente.48 Figura Vista lateral da entrada do bueiro e seu entorno...49 Figura Vista panorâmica da Av. Lindomar Gomes Oliveira...49 Figura Vista das estruturas de saída do bueiro...50 Figura Tubos de concreto preenchidos com concreto...51 Figura Vista da galeria pré-moldada...54 Figura O mesmo da figura 7.1, na etapa de finalização da obra...54 Figura Vista da travessia, a partir da Av. Lindomar Gomes Oliveira...55 Figura Entrada da galeria após a implantação...56 Figura Idem a figura 7.4 após a execução da obra...56 Figura Lado jusante após a implantação da galeria e dos muros...56 Figura Vista dos muros em gabiões...57 Figura Vista do muro em gabiões à montante da travessia...58 Figura O mesmo perfil da foto anterior, após execução do fechamento...59

8 vi SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivo Específico METODOLOGIA DO TRABALHO JUSTIFICATIVA ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO Definição e tipos de estruturas Muros Escoramentos Cortinas Reforço de terreno Empuxo de Terra Influência da Água Métodos de dimensionamento Geotécnico Análise de estabilidade de taludes Utilizando o programa WinStab CONTENÇÃO EM GABIÃO Histórico Tipos de Gabiões...29

9 vii Gabião Caixa Gabião Saco Gabião Colchão Procedimentos importantes na execução As principais vantagens dos muros em gabiões Análise de estabilidade ESTUDO DE CASO Características do local Situação antes do Projeto Estudos desenvolvidos Apresentação do projeto ANÁLISE CRÍTICA CONCLUSÕES...59 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...61 ANEXOS...63

10 1 1 INTRODUÇÃO Movimentos de massas ou movimentos coletivos de solos e de rochas, têm sido objeto de amplos estudos nas mais diversas latitudes, não apenas por sua importância como agentes atuantes na evolução das formas de relevo, mas também em função de suas implicações práticas e de sua importância do ponto de vista econômico. Existe, na literatura, um extenso acervo de dados e de observações realizado pelas mais diversas categorias de profissionais: geólogos, geotécnicos, construtores, engenheiros, geógrafos, etc. Obviamente, a atuação e a atenção de cada um dos profissionais estão voltadas e orientadas em aspectos nem sempre coincidentes. Os diferentes enfoques são o reflexo do interesse de cada campo de especialização. Segundo Camuzzi (1978), deve-se aos geotécnicos a mais importante contribuição ao estudo dos mecanismos de tais movimentos, genericamente chamados escorregamentos. O termo escorregamento tem sido comumente utilizado no sentido de abranger todo e qualquer movimento coletivo de materiais terrosos e rochosos, independentemente da diversidade de processos, causas, velocidades, formas e demais características. Face à extrema importância, existem atualmente vários tipos de processos para a estabilização ou contenção desses escorregamentos. Por exemplo, muros de pedra seca, de pedra argamassada, muro de concreto ciclópico, gabiões, contenção de solo-cimento ensacado, muro de concreto armado, cortinas ou pranchadas atirantadas, solo reforçado com manta geotêxtil, entre outros. Neste trabalho apresenta-se o processo de contenção inspirado nos muros de gravidade que denomina-se gabiões. Trata-se de caixas ou gaiolas de arame galvanizado, preenchidas com pedra britada ou seixos, que são colocadas justapostas e costuradas umas às outras por arame, formando muros de diversos formatos.

11 2 O uso de gabião nas obras de contenção é uma das soluções usualmente adotadas por ser de fácil execução, com baixo custo e por se integrar ao meio ambiente. Em São Paulo pode-se observar o uso de gabião na grande obra da Calha do Tietê, junto às margens em quase toda a sua extensão. Pode se observar nas figuras 1.1 e 1.2, a obra sendo executada com gabiões e na figura 1.3, o gabião já concretado. Figura O uso de gabião nas margens do rio Tietê (Borges, 2005). Figura Detalhe do gabião recebendo concreto projetado (Borges, 2005).

12 Figura Margem do rio Tietê em gabião revestido com concreto. (DAEE, 2004). 3

13 4 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral As estruturas de contenções por gabiões são muito utilizadas em todas as áreas da construção civil. Utilizadas em taludes de cortes e aterros, em rodovias, em ferrovias, em córregos e rios, até mesmo em áreas de edificações, estas estruturas representam uma alternativa simples, de rápida execução e de baixo custo e por isso, são abordadas no presente trabalho. 2.2 Objetivo Específico Os muros em gabiões representam uma solução extremamente válida sob o ponto de vista técnico para a construção de muros de contenção em qualquer ambiente, clima e estação. Tais estruturas são imediatamente eficientes, não necessitam de mão-de-obra especializada ou de meios mecânicos sofisticados. Freqüentemente as pedras utilizadas dentro dos gabiões são encontradas nos arredores da obra, o que barateia o custo global desta solução. Face a estas características, são discutidos neste trabalho os procedimentos de execução destas estruturas e sua aplicação no estudo de caso: o projeto básico da travessia do córrego Popuca sob a Av. Nova Cumbica, em Guarulhos, SP.

14 5 3 METODOLOGIA DO TRABALHO A pesquisa baseou-se em livros técnicos sobre solos e contenções, vários catálogos, para obtenção de informações sobre a metodologia executiva e os principais cuidados de execução. Sites de empresas técnicas especializadas em contenções, conhecidas na área pelos seus produtos e serviços, foram consultados na busca de informações sobre os materiais usualmente empregados e exemplos de aplicação. Visitas a obra, relatórios fotográficos ilustrativos, memoriais descritivo e de cálculo, trouxeram dados de interesse para a produção deste trabalho.

15 6 4 JUSTIFICATIVA Em todas as áreas, e principalmente na construção civil, observa-se a necessidade de reduzir custos e prazos de execução, sem reduzir desempenho e mantendo um elevado padrão de qualidade das obras. O tipo de material utilizado é um dos fatores que influi muito nesse sentido. A contenção feita em gabiões utiliza, muitas vezes, material do próprio local e a mãode-obra não precisa ser especializada para executar o serviço, o que pode minimizar custos e tempo. Esta característica faz da estrutura em gabião uma das mais versáteis soluções técnicas disponíveis e, portanto, uma das muito utilizadas. Conhecer as possibilidades de sua aplicação na área da engenharia civil representa, pois, dispor de uma ferramenta simples e relativamente barata para a solução de diversos problemas de instabilização de maciços de solo. Outro ponto importante é a preservação e a minimização do impacto ao meio ambiente, assunto este muito discutido e que vem ganhando importância cada vez maior para manter e até melhorar a qualidade de vida da população presente e futura, e ao mesmo tempo evitar acidentes ecológicos. Por este motivo, o uso de materiais provenientes do próprio local resulta-se em menor impacto e a integração ocorre naturalmente.

16 7 5 ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO Conforme relatado por Ranzini e Negro (1998), a realização de uma obra de fundações quase sempre envolve estruturas de contenção. É frequente a criação de subsolos para estacionamento em edifícios urbanos, de contenções de cortes e aterros, por muros de arrimo, para a criação de plataformas; a instalação de dutos de utilidades em valas escoradas etc. Obras de contenção do terreno estão presentes em projetos de estradas, de pontes, de estabilização de encostas, de canalizações, de saneamento, de metrôs etc. A contenção é feita pela introdução de uma estrutura ou de elementos estruturais compostos, que apresentam rigidez distinta daquela do terreno que conterá. O carregamento da estrutura do terreno gera deslocamentos que por sua vez alteram o carregamento, num processo interativo. A seguir, serão apresentados os principais tipos de estruturas de contenção. 5.1 Definição e tipos de estruturas Ainda segundo Ranzini e Negro (op.cit.), contenção é todo elemento ou estrutura destinado a contrapor-se a empuxos ou tensões geradas em maciço cuja condição de equilíbrio foi alterada por algum tipo de escavação, corte ou aterro Muros São estruturas corridas de contenção constituídas de parede vertical ou quase vertical apoiada numa fundação rasa ou profunda. Podem ser construídos em alvenarias (de tijolos ou pedras) ou de concreto (simples ou armado) ou ainda, de elementos especiais. Sua fundação pode ser direta, rasa e corrida ou profunda, em estacas ou tubulões.

17 8 Muros de Gravidade são estruturas corridas, massudas, que se opõem aos empuxos horizontais pelo peso próprio. Em geral são empregadas para conter desníveis pequenos ou médios, inferiores a cerca de 5 m. Podem ser construídos de concreto simples, ciclópico ou com pedras, argamassadas ou não. Muros Atirantados são estruturas mistas em concreto e alvenaria de blocos de concreto ou tijolos, com barras quase horizontais, contidas em planos verticais perpendiculares ao paramento do muro, funcionando como tirantes, amarrando o paramento a outros elementos embutidos no maciço, como blocos, vigas longitudinais ou estacas. São construções de baixo custo utilizadas para alturas até cerca de 3 m. Muros de Flexão são estruturas mais esbeltas, com seção transversal em forma de L que resistem aos empuxos por flexão, utilizando parte do peso próprio do maciço arrimado, que se apóia sobre a base do L, para manter-se em equilíbrio. Em outras vezes são construídas em concreto armado, tornando-se, em geral, antieconômicos para alturas acima de 5 a 7 m. Muros Mistos são estruturas que utilizam a combinação das técnicas dos muros acima citados, que funcionam parcialmente pelo peso próprio e parcialmente a flexão, utilizando parte do terrapleno como peso para atingir uma condição global de equilíbrio. Muros de Contrafortes são os que possuem elementos verticais de maior porte, chamados contrafortes ou gigantes, espaçados de alguns metros, e destinados a suportar os esforços de flexão pelo engastamento na fundação. O paramento do muro é formado por lajes verticais que se apóiam nesses contrafortes. Como nos muros de flexão, o equilíbrio externo da estrutura é conseguido tirando-se proveito do peso próprio do maciço arrimado, o qual se apóia sobre a sapata corrida ou laje de fundação. A diferença em relação aos muros de flexão é essencialmente estrutural. Ver exemplos de muros de contrafortes na figura 5.1.

18 9 Figura Dois exemplos de muros de contrafortes (Moliterno, 1980). Muros de Gabiões são muros de gravidade construídos pela superposição de gaiolões de malhas de arame galvanizado cheios com pedras cujos diâmetros mínimos devem ser superiores à abertura de malha das gaiolas. São empregados para faixas de alturas similar ao muro de gravidade. Atualmente, este tipo de estrutura está sendo utilizado de outras formas além do muro, como se descreve no capítulo a seguir. Crib Wall (Parede de engradados) são estruturas formadas por elementos prémoldados de concreto, de madeira ou de aço, que são montados no local, em forma de fogueiras justapostas e interligadas longitudinalmente, cujo espaço interno é preenchido com material granular graúdo. No exemplo da figura 5.2, as dimensões são meramente ilustrativas.

19 10 Figura Perfil e planta de uma estrutura em Crib Wall (Moliterno, 1980) Escoramentos São estruturas provisórias executadas para possibilitar a construção de outras obras. São utilizados normalmente para permitir a execução de obras enterradas ou o assentamento de tubulações embutidas no terreno. Os escoramentos compõem-se, de um modo geral, dos seguintes elementos: paredes, longarinas, estroncas, e tirantes. Parede é a parte em contato direto com o solo a ser contido. É mais comumente, vertical e formada por materiais como madeira, aço ou concreto. Quando formada por pranchas de madeira, pode ser contínua ou descontínua. Longarina é um elemento linear, longitudinal, em que a parede se apóia. Em geral é disposta horizontalmente e pode ser constituída de vigas de madeira, aço ou concreto armado.

20 11 Estroncas ou escoras são elementos de apoio das longarinas. Dispõem-se, portanto no plano horizontal das longarinas, sendo perpendiculares às mesmas. Podem ser constituídas de barras de madeira ou aço. Tirantes são elementos lineares introduzidos no maciço contido e ancorados em profundidade por meio de um trecho alargado, denominado bulbo. Trabalhando a tração, podem suportar as longarinas em lugar das estroncas, quando essa solução for mais adequada ou econômica Cortinas Cortinas são contenções que, pelo fato de serem ancoradas ou acopladas a outras estruturas, mais rígidas, apresentam menor deslocabilidade o que pode levar os maciços contidos a comportar-se em regime elastoplástico, dando origem a solicitações maiores do que as calculadas no equilíbrio limite. Nessas condições, a rigidez relativa da cortina tem influência na distribuição e na intensidade dos empuxos sobre a cortina, os quais, por sua vez, dependem dos deslocamentos e das deformações na interface solo-cortina. Segundo Houaiss (2001), elasto el.comp. estendido, estirado por meio de tração. E plástico el.comp. que serve para modelar / adj. capaz de ser moldado ou modelado. Qualitativamente diz-se que uma cortina ou parede é flexível quando seus deslocamentos, por flexão, são suficientes para influenciar significativamente a distribuição de tensões aplicadas pelo maciço. Rígidas são cortinas cujas deformações podem ser desprezadas. Entre os extremos mencionados só um cálculo de verificação pode realmente estabelecer se a rigidez de uma cortina é tal que seus deslocamentos por flexão possam ser desprezados ou não. Em obras rodoviárias são empregadas cortinas para contenção de cortes ou aterros. No primeiro caso são construídas cortinas atirantadas a partir de seu topo, em faixas horizontais que vão sendo ancoradas à medida que o corte vai sendo executado.

21 12 Após o término de cada etapa de corte, instalam-se os tirantes e os lances respectivos da cortina. A construção evolui da fundação da cortina para seu topo Reforço de terreno São construções em que um ou mais elementos são introduzidos no solo com a finalidade de aumentar sua resistência para que possa suportar as tensões geradas por um desnível abrupto. Nesta categoria enquadram-se o Solo Reforçado, a Terra Armada e o Solo Grampeado ou Pregado. A figura 5.3 ilustra um exemplo de solo reforçado, onde, ao longo do trecho a ser reforçado, são aplicadas telas ou mantas apropriadas, preenchidas com solo de boa qualidade e devidamente compactadas. São executadas em camadas consecutivas até o nível dimensionado. Figura Ilustração da seção de solo reforçado. 5.2 Empuxo de Terra Segundo Marzionna et.al. (1998), o valor de empuxo de terra, assim como a distribuição das tensões ao longo da altura do elemento de contenção, dependem da interação solo-elemento estrutural durante todas as fases da obra (escavação e

22 13 reaterro). O empuxo atuando sobre o elemento estrutural provoca deslocamentos horizontais que, por sua vez, alteram o valor e a distribuição do empuxo, ao longo das fases construtivas da obra e até mesmo durante sua vida útil. Portanto, o carregamento do elemento estrutural de contenção depende fortemente das suas próprias características geométricas e reológicas, por ser parte de um conjunto estaticamente indeterminado. Conforme Houaiss (2001), reológico adj. relativo as deformações e o fluxo da matéria, esp. o comportamento dos materiais ante seus limites de resistência à deformação. A sequência básica consiste em calcular primeiramente o empuxo-força (resultante), que é nominalmente aceito como estaticamente determinado por teoria de equilíbriolimite para as condições de ruptura do solo e, subsequentemente, estimar a distribuição das tensões respectivas. Convenciona-se ser adequadamente determinável o empuxo-força mínimo (ativo) ou máximo (passivo), para a hipótese-limite de ruptura, segundo superfície crítica a pesquisar, incorporando ruptura principalmente por cisalhamento e eventual trinca de tração. Na hipótese de corpo rígido está implícito o desenvolvimento simultâneo das tensões e deformações de ruptura ao longo de toda a superfície, hipótese esta aceitável em maciços homogêneos de dimensões módicas e de comportamento tensão-deformação plástico, não friável. Nas condições de deslocamentos insuficientes para a ruptura potencial do solo, os empuxos são majorados (quando ativos) ou reduzidos (quando passivos), podendo ser avaliados em função de estimativas associadas à experiência, embora parca e dispersa, relativa à magnitude dos deslocamentos. Estes empuxos assumem valores denominados Repouso-Ativo (majorado) ou Repouso-Passivo (minorado). Seguem figuras que ilustram de modo simplificado os empuxos ativos e passivos, como mostram as figuras 5.4 e 5.5.

23 14 Figura Atuação do empuxo ativo em estruturas de contenção (Moliterno, 1980). Figura Exemplos da atuação do empuxo passivo (Moliterno, 1980). Segundo Caputo (1974), as teorias clássicas sobre empuxo de terra foram formuladas por Coulomb e Rankine, tendo sido desenvolvidas por Poncelet, Culmann, Rebhann, Krey e, mais modernamente, estudadas e criticadas por Caquot, Ohde, Terzaghi, Brinch Hansen e outros autores. Para ilustrar um exemplo, conforme a teoria de Rankine, tem-se as seguintes equações do empuxo ativo e passivo, representadas nas figuras 5.6 e 5.7.

24 15 E a h 1 = K γz dz = γ h a K a' Figura Equação e o diagrama do empuxo ativo (Caputo, 1974). E 1 = γ h 2 2 p K p Figura Equação e o diagrama do empuxo passivo (Caputo, 1974). 5.3 Influência da Água Conforme Ranzini (op.cit.), a influência da água é marcante na estabilidade de uma estrutura de arrimo, basta dizer que o acúmulo de água, por deficiência de drenagem, pode chegar a duplicar o empuxo atuante. O efeito da água pode ser direto, resultante do acúmulo de água junto ao tardoz interno do arrimo e do encharcamento do terrapleno, ou indireto, produzindo uma

25 16 redução da resistência ao cisalhamento do maciço em decorrência do acréscimo das pressões intersticiais. O efeito direto é o de maior intensidade, podendo ser eliminado ou bastante atenuado por um sistema eficaz de drenagem. Todo cuidado, portanto, deve ser dispensado ao projeto do sistema de drenagem para dar escoamento a precipitações excepcionais, com folga, e para que a escolha do material drenante seja feita de tal modo a impedir qualquer possibilidade de colmatação ou entupimento futuro. Segundo Houaiss (2001), colmatar v. 1 td. fazer, realizar colmatagem (em terrenos); atulhar, aterrar 2 td. p.ext. tapar fendas, brechas etc Métodos de dimensionamento Geotécnico Em relação ao dimensionamento de uma estrutura de contenção pode-se dizer que existem três grupos básicos de métodos com características bem distintas. Métodos clássicos (Rankine, Coulomb etc.), cujas teorias permitem o cálculo de empuxos ativos e passivos com base apenas em parâmetros geotécnicos simples. Essa simplicidade faz com que esses métodos continuem a ser empregados, sobretudo para projeto de obras de pequeno e médio porte, como para anteprojeto de obras de maior vulto. A grande vantagem dos métodos clássicos é que se baseiam apenas nos parâmetros de resistência ao cisalhamento: coesão, ângulo de atrito interno e massa específica, além de serem métodos de dimensionamento direto, fornecendo como resultado dos cálculos as dimensões da estrutura. Métodos modernos (ou métodos numéricos) surgiram com o aparecimento dos computadores e começaram a ser utilizados permitindo levar em conta características de deformabilidade dos maciços e das contenções, dando origem a cálculos de interação entre o maciço e estrutura. Esses métodos exigem uma

26 17 caracterização dos maciços através de parâmetros geomecânicos que possam descrever as leis de interação solo-estrutura. Tais parâmetros são mais difíceis de obter, exigindo ensaios mais sofisticados, além de medidas de deformações e deslocamentos em estruturas reais. Métodos empíricos se valem de medições feitas em modelos, entre os quais cabe referir-se ao que foi publicado por Reimbert, M. & A. (1969) apud Ranzini, S.M.T. (1998), para materiais pulverulentos (não coesivos), além de modelos ensaiados em centrífugas. 5.5 Análise de estabilidade de taludes Conforme descrito por Massad (2003) os métodos para a análise de taludes, atualmente em uso, baseiam-se na hipótese de haver equilíbrio numa massa de solo, tomada como corpo rígido-plástico, na iminência de entrar em um processo de escorregamento. Daí a denominação geral de métodos de equilíbrio limite. A observação dos escorregamentos na natureza levou as análises a considerar a massa de solo como um todo (Método do Círculo de Atrito), ou subdividida em lamelas (Método Sueco), ou em cunhas (Método das Cunhas). O Método Sueco apresenta muitas variantes, como por exemplo o método de Fellenius, de Bishop Simplificado, de Morgenstern-Price e outros mais. A partir de 1916, os suecos desenvolveram os métodos de análise baseados no conceito de equilíbrio limite, tal como foi definido acima. Constataram que as linhas de ruptura eram aproximadamente circulares e que o escorregamento ocorria de tal modo que a massa de solo instabilizada se fragmentava em fatias ou lamelas, com faces verticais. O conceito de círculo de atrito e a divisão da massa de solo em lamelas (ou fatias) já eram praticadas naquele tempo, e o que Fellenius fez, na década de 1930, foi estender a análise para levar em conta também a coesão na resistência ao cisalhamento do solo.

27 18 Evidentemente, não se conhece a posição da linha de ruptura ou do círculo crítico, isto é, da linha à qual se está associado o coeficiente de segurança mínimo, o que se consegue por tentativas. Atualmente, essa tarefa é facilitada graças aos recursos disponíveis de computação eletrônica. Existe um programa chamado WinStab, desenvolvido na Universidade de Wisconsin que utiliza o método de Bishop e Janbu. Para o conhecimento e visualização deste programa, segue um resumo da obtenção dos círculos críticos de um talude. 5.6 Utilizando o programa WinStab Seguem os procedimentos básicos para a obtenção dos possíveis círculos críticos e seus respectivos coefientes de segurança. Primeiramente deve-se mudar a configuração regional dentro do painel de controle. O símbolo decimal deverá ser ponto (. ) e o símbolo de agrupamento de dígitos deverá ser vírgula (, ). No comando Input, do programa, seleciona-se a opção Project Information, dentro deste ícone digita-se o nome do projeto e o título da análise, como ilustrado na figura 5.8. Para a unidade selecionar o Sistema Internacional ( SI ).

28 19 Figura Dados do projeto a ser analisado. Ainda no comando Input selecione a opção Profile Data, como indicado na figura 5.9, entre com as coordenadas da superfície e suas consecutivas camadas de solos (sempre de cima para baixo). E no canto direito identificar o tipo de solo que está abaixo de cada segmento. Figura Coordenadas para desenhar o perfil.

29 20 Obs.: Essas coordenadas devem ser obtidas na seção transversal desenhadas em AutoCad. Escolhe-se a origem e move-se o desenho para coordenada ( 0,0 ), com o comando ID ou LIST identificar as coordenadas, anotar e inserir os dados no item Profile Data. (Esta é somente uma sugestão para facilitar a obtenção de coordenadas da seção do terreno a ser analisada, levantada pela topografia). Na figura 5.10, pode-se ver o perfil do terreno com dois tipos de solo. Figura Perfil da seção analisada. Novamente no comando Input selecione o item Soil Data e entre com os parâmetros respectivos do tipo de solo (massa específica, massa específica saturada, coesão, coeficiente ou ângulo de atrito, pressão e a existência do nível de água), da primeira camada até quantas forem consideradas, como exemplificado na figura 5.11.

30 21 Figura Entrada de dados dos tipos de solos. No comando Input, selecionar o item Water Surface Data para entrar com as coordenadas do nível d água (também obtidas no desenho feito em AutoCad), como ilustrado na figura Figura Coordenadas do perfil do lençol freático.

31 22 O nível d água do lençol freático é representado pela cor azul, como visualizado na figura Figura Visualização da seção com o nível de água. No comando Analyse Profile selecione o item Circular/Irregular Surface Search, escolha o método desejado, neste exemplo foi utilizado o Circle2 (Modified Bishop). Do lado esquerdo no meio, digita-se a quantidade de círculos para a análise, e no canto inferior a variação das coordenadas do início e fim dos arcos no talude. No canto superior a direita coloca-se a elevação, o comprimento e o ângulo horário e anti-horário, como ilustrado na figura 5.14.

32 23 Figura Tipos de métodos para análise. A visualização final será como este gráfico da figura 5.15, com os círculos de ruptura e os fatores de segurança. O arco vermelho é o que apresenta coeficiente de segurança menor. Este exemplo representa o perfil de um terreno, antes da implantação de uma estrutura de contenção.

33 24 Figura Visualização final do perfil analisado. Caso exista sobrecarga (estradas, construções, etc.) na parte superior da seção em estudo, entre no comando Input e selecione o item Boundary Load Data e entre com as coordenadas de início e fim, intensidade e ângulo de inclinação (ver figura 5.16).

34 25 Figura Entrada de dados da sobrecarga. Após esses procedimentos entre no comando Results e selecione o item Output Text onde será exibido todos os dados inseridos e os resultados, o relatório está parcialmente visualizado na figura Figura Relatório com os resultados.

35 26 Anote os dados do Círculo Crítico: coordenadas X, coord. Y, raio e Fator de segurança mínimo. O Fator de segurança mínimo deve obedecer as especificações técnicas da norma NBR (NB 1315) da ABNT. Para uma apresentação melhor desses resultados, aconselha-se desenhar a seção com os círculos e os parâmetros dos solos, como nas figuras 5.18 e 5.19, a seguir. Neste primeiro exemplo tem-se a seção analisada sem a implantação do projeto. Figura Seção analisada e o círculo crítico (Soloconsult, 2002). Na figura 5.19 tem-se a análise da seção simulando a implantação do projeto. Figura Seção projetada simulando o projeto (Soloconsult, 2002).

36 27 Com o resultado dessas análises, pode-se simular o desempenho do projeto, prever a necessidade de mudança da solução proposta ou a troca do solo por outro melhor e assim garantir a segurança da obra. Os círculos críticos representam onde as rupturas podem provavelmente ocorrer. Conforme a norma da ABNT, o fator de segurança não deverá ser inferior a 1,5.

37 28 6 CONTENÇÃO EM GABIÃO Estruturas de contenção são obras que têm a finalidade de conter maciços de solos. Quando construídas em centros urbanos ou em áreas de lazer, devem se integrar o máximo possível no meio em que se encontram, tanto do ponto de vista ambiental como paisagístico. Segundo Moliterno (1980), o gabião foi utilizado durante muito tempo como solução para desvio dos curso dos rios e fechamentos das ensecadeiras nas obras de construção de barragens. Seu emprego tem se diversificado, encontrando aceitação na execução não só de muros de arrimo, como em revestimento de canais, proteção de margens de rios, e em obras de emergência para contenção de encostas. 6.1 Histórico Para Camuzzi (1978) a palavra gabião deriva do italiano gabbione, que quer dizer gaiolão, pois foram os italianos que mais os usaram e difundiram na história antiga e moderna. O termo GABIÃO é utilizado nas principais línguas modernas, como o inglês, francês, espanhol, etc. Continuando ainda conforme Camuzzi (op.cit.), os egípcios usaram o princípio de um invólucro em forma de cestos de vime, cheios de pedras para fazer estruturas de contenção às margens do Rio Nilo, como aparece num alto-relevo, datado de anos antes de Cristo. Existem também ilustrações chinesas, do ano AC, onde estruturas similares às obras com gabiões, foram usadas à margem do Rio Amarelo. O invento, por parte dos alemães, de máquinas que podiam tecer redes com malha hexagonal a dupla torção e arames grossos, fornecendo rolos de rede em forma de grandes retângulos, favoreceu enormemente o desenvolvimento do gabião/caixa moderno e mantas, em forma de paralelepípedos de diversos tamanhos, além dos gabiões/saco.

38 Tipos de Gabiões Existem três tipos de gabiões: o gabião tipo caixa, o tipo colchão e o tipo saco. Cada um utilizado onde melhor se adapta seu formato à conformação da obra Gabião Caixa O gabião caixa é uma estrutura metálica, em forma de paralelepípedo, cujas três medidas são da mesma magnitude. Um único elemento, produzido com malha hexagonal de dupla torção, forma a base, a tampa e as paredes laterais. Ao elemento de base são unidos, durante a fabricação, as duas paredes de extremidade e os diafragmas, assim encaixado e devidamente desdobrado na obra, assume a forma de um paralelepípedo (ver figura 6.1). Figura Gabião Caixa (Maccaferri, 2001). O seu interior é preenchido com pedras bem distribuídas e com dimensões variadas, porém com diâmetro nunca inferior à malha hexagonal. A tela é produzida com arames de aço de baixo conteúdo de carbono, revestido com uma liga de zinco e alumínio, o que confere uma proteção contra corrosão, esta rede de aço deve estar de acordo com as especificações da norma NBR (EB 1804) e o arame de aço utilizado nesta tela deve seguir as especificações da norma NBR 8964 (EB 1562) da ABNT.

39 30 Quando em contato com a água, é aconselhável que seja utilizado o arame com revestimento plástico, o qual oferece uma proteção definitiva contra a corrosão. Este tipo de gabião é mais usado como muro, onde são sobrepostos e alinhados em toda a extensão necessária. Com base em estudos do solo o projeto deve especificar as dimensões desta contenção, tais como o comprimento, a largura e a altura do muro. Na figura 6.2, tem-se o muro em gabião tipo caixa, para conter o talude na beira da estrada. Figura Muro em gabião na beira da estrada (Maccaferri, 2001). Um outro exemplo de utilização do gabião tipo caixa é observado na figura 6.3, onde é usado no fechamento do apoio da ponte.

40 31 Figura Gabião utilizado no apoio da ponte (Maccaferri, 2001) Gabião Saco Os gabiões saco são estruturas metálicas, em forma de cilindros, constituídos por um único pano de malha hexagonal de dupla torção, que em suas bordas livres apresentam um arame especial que passa alternadamente pelas malhas para permitir a montagem da peça na obra. Detalhes na figura 6.4. Figura Gabião Saco (Maccaferri, 2001). É um tipo de gabião extremamente versátil devido ao seu formato cilíndrico e método construtivo, pois as operações de montagem e enchimento são realizadas

41 32 no canteiro de obras para posterior aplicação, com o auxílio de equipamentos mecânicos. É empregado, geralmente, em locais de difícil acesso, em presença de água ou em solos de baixa capacidade de suporte devido a extrema facilidade de colocação. Essas características fazem do gabião saco uma ferramenta fundamental em obras de emergência. Depois de ter sido montado e colocados os tirantes, é preenchido com rapidez, em seco, perto do local de utilização, pela extremidade (tipo saco) ou pela lateral (tipo bolsa), fechado e lançado com auxílio de grua. Na figura 6.5 pode-se ver o gabião tipo saco sendo transportado para dentro do rio onde servirá de fundação para o gabião caixa que está sendo executado e aparece no canto direito da figura. Figura Utilização do Gabião Saco como fundação dentro da água (Maccaferri, 2001). O enchimento com pedras não assume a mesma importância tomada pelos gabiões caixa e pelos colchões, devido às características próprias das obras em que estes são empregados. As amarrações entre os gabiões saco não são necessárias.

42 33 A tela é confeccionada com arame plastificado, devido aos gabiões saco sempre estarem em contato com a água e colocados em posições de difícil manutenção Gabião Colchão O gabião colchão é uma estrutura metálica, em forma de paralelepípedo, e de grande área e pequena espessura. É formado por dois elementos separados, a base e a tampa, ambos produzidos com malha hexagonal de dupla torção, como mostra a figura 6.6. Figura Gabião Colchão (fonte: Maccaferri, 2001). O pano que forma a base é dobrado, durante a produção, para formar os diafragmas, um a cada metro, os quais dividem o colchão em células de aproximadamente dois metros quadrados. Na obra é desdobrado e montado para que assumam a forma de paralelepípedo. O seu interior é preenchido com pedras de diâmetros adequados em função da dimensão da malha hexagonal. A tela é a mesma utilizada no gabião caixa. Os colchões são estruturas flexíveis adequadas para o revestimento das margens e do leitos dos cursos de água. Como observado nas figuras 6.7, onde os gabiões colchão foram revestidos com concreto projetado.

43 34 Figura Canal de drenagem com a utilização do gabião colchão (fonte: Maccaferri, 2001). As estruturas em gabiões podem ser utilizadas combinando os três tipos de gabião, como pode ser visto na figura 6.8, a seguir. Gabião Tipo Caixa Gabião Tipo Colchão Gabião Tipo Saco (imerso) Figura Combinação dos três tipos de gabiões (fonte: Maccaferri, 2001).

44 Procedimentos importantes na execução Na execução do muro deve-se levar em consideração alguns procedimentos para que possam ser garantidas as premissas de projeto e assim a sua eficiência. Desta forma recomenda-se atentar para os seguintes cuidados: preparo da base para garantir que o muro estará assentado em terreno natural ou terreno bem compactado, compatível com o admitido em projeto; execução do sistema de drenagem, através de drenos sub-horizontais profundos, drenagem superficial (para proteção da crista), drenos junto à face do muro etc.; reaterro compactado com controle atrás do muro. Esse reaterro deve ser executado cuidadosamente, em faixas, ao longo de toda a extensão seguindo as especificações técnicas da norma NBR (NB 1315) da ABNT. 6.4 As principais vantagens dos muros em gabiões Segue abaixo, as principais vantagens na utilização do gabião em estruturas de contenções: Como já citado anteriormente a água exerce influência marcante na estabilidade de uma estrutura de arrimo. E o muro em gabiões, estudado nesse trabalho, apresenta elevada permeabilidade e drenagem, que facilita o saneamento do terreno, por permitir o fluxo das águas de percolação, aliviando empuxos hidrostáticos (forças de pressão causadas pela água); Apresenta também extrema flexibilidade, o que permite a adaptação da estrutura aos movimentos do terreno, acompanhando o recalque ou acomodações, sem comprometer a estabilidade e a eficiência estrutural, como na figura 6.9;

45 36 Figura Deformação no muro em gabião (fonte: Maccaferri, 2001). Outra vantagem do muro em gabiões é a grande resistência aos esforços de empuxo e tração do terreno, pois são muros calculados como uma estrutura monolítica por gravidade. O revestimento dos arames assegura a durabilidade por muitos anos; O gabião se integra facilmente ao meio ambiente, as estruturas se adaptam a qualquer ecossistema, pois não criam obstáculos à passagem das águas e favorecem a rápida recuperação da fauna e da flora por ser de materiais inertes. O exemplo disso pode ser visto na figura 6.10, onde as plantas cresceram em volta do muro em gabiões. Segundo Houaiss (2001), ecossistema s.m. é sistema que inclui os seres vivos e o ambiente, com suas características físico-químicas e a inter-relaçõe entre ambos.

46 37 Figura O muro coberto pela vegetação (fonte: Maccaferri, 2001). 6.5 Análise de estabilidade Para a verificação da estabilidade do muros em gabiões, existe um programa chamado GawacWin, desenvolvido pela Maccaferri, onde pode-se verificar os empuxos atuantes na estrutura. Este programa pode ser adquirido gratuitamente no site da empresa, e para conhecê-lo um pouco mais, segue uma breve apresentação para a utilização. A tela inicial do programa GawacWin, para cálculo de estabilidade dos muros em gabiões na figura 6.11.

47 38 Figura Visualização inicial do programa GawacWin. Entra-se com os dados do muro de gabião, neste quadro representado na figura Figura Dados gerais sobre o muro.

48 39 Em seguida preencher com as dimensões do gabião já projetado, como no exemplo da figura 6.13, começando sempre com as dimensões do muro de baixo para cima. Figura Dimensões do muro em gabião. Neste quadro, deve-se especificar as propriedades do solo, as inclinações dos trechos e a extensão do terrapleno. Figura Dados sobre o terrapleno.

49 40 Se houver lençol freático no terreno, deve-se preencher os dados deste quadro da figura Figura Dados da superfície freática Se houverem cargas sobre o terrapleno, deve-se especificar nesse quadro indicado na figura Figura Cargas sobre o terrapleno.

50 41 Após fornecer todos os dados necessários, pode-se escolher o tipo de análise separadamente ou pesquisar todas de uma vez. Figura Visualização final da análise. Com o programa obtém-se um relatório com todos os dados e os resultados das verificações. Como exemplo de verificação, nas figuras 6.18, 6.19 e 6.20 a seguir, tem-se o relatório de um muro em gabiões analisado para o DER.

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