Mecanismo de Ruptura de Reforço de Solos com Pneus

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1 XIII Congresso Brasileiro De Mecânica Dos Solos E Engenharia Geotécnica 26 Curitiba. v Mecanismo Rutura Reforço Solos com neus Denise M. S. Gerscovich Deartamento Estruturas e Fundações, Universida do Estado do Rio Janeiro, RJ, Brasil Alberto S. F. J. Sayão e Fernando A. F. do Valle Deartamento Engenharia Civil, ontifícia Universida Católica do Rio Janeiro, RJ, Brasil RESUMO: neus usados constituem-se em uma matéria-rima abundante e custo reduzido. A técnica utilização neus em obras geotécnicas vem sendo difundida no Brasil s meados dos anos 9. No caso utilização como elemento reforço, os neus (cortados ou inteiros) om ser disostos em lano horizontal e amarrados entre si, formando uma malha reforço. A sobrecarga atuando no reforço rovém do confinamento rovocado ela altura do aterro solo, construído sobre a malha neus. Os resultados camanha ensaios arrancamento em malhas neus, instrumentadas, ossibilitaram a ialização do mecanismo rutura or arrancamento. Os resultados foram comarados com roosições outros autores e se mostraram aquados ara a camanha realizada. ALAVRAS-CHAVE: neus, solo reforçado, ensaio arrancamento. INTRODUÇÃO A introdução elementos resistentes no solo, com certa orientação, é uma maneira eficaz melhorar as características um maciço, aumentando assim sua resistência e diminuindo sua formabilida. O rincíio básico solos reforçados consiste na transferência esforços atuantes no maciço ara os elementos reforço. neus usados são resíduos urbanos, roduzidos e scartados em grans quantidas, articularmente em regiões nsamente ocuadas. Na engenharia, a reutilização neus inteiros ou rocessados, surge como uma oção cada vez mais incentivada. Em obras contenção, os neus om ser amarrados, disostos em camadas horizontais e reenchidos com solo. Este conjunto roduz um material caaz suortar altas tensões trativas no lano horizontal. Uma das bandas laterais o ser removida, facilitando o rocesso reenchimento interno com solo. O rojeto uma estrutura solo reforçado requer o conhecimento da resistência na interface solo reforço. Esta interação en basicamente das roriedas físicas do solo e das do reforço. No caso neus, os mecanismos interação são constituídos elo atrito entre o solo confinado no interior do neu em relação às camadas suerior e inferior, atrito entre a suerfície lateral dos neus e o solo e a resistência assiva a qual é mobilizada ao longo da suerfície do reforço, normal à direção da força arrancamento. A arcela contribuição cada um stes fenômenos é ennte não aenas da máxima força assiva e atrito que orá ser mobilizada, como rincialmente do slocamento relativo solo-reforço, necessário ara mobilizar cada uma stas arcelas. Há na literatura algumas roosições ara estimativa da resistência ao arrancamento or unida largura reforços O Shaughnessy (997) observou que, no caso neus, há redominância dos mecanismos atrito, em razão da falta elementos transversais. Sob condições drenadas, o autor roôs uma estimativa da resistência unitária ao arrancamento ara reforços com neus ( r ), dada or: 5 r b tan' ' vle ()

2 XIII Congresso Brasileiro De Mecânica Dos Solos E Engenharia Geotécnica 26 Curitiba. v on b coeficiente arência, dado ela relação entre a área contato do reforço e a área total; coeficiente atrito efetivo do solo. L e comrimento efetivo do reforço na zona resistente (situada além da suerfície otencial rutura); v tensão vertical efetiva na suerfície do reforço; O resente trabalho tem or objetivo sugerir metodologia ara avaliação da resistência ao arrancamento malhas neus. Esta foi baseada em resultados ensaios arrancamento no camo, com medidas slocamento interno.. medidos através tell-tails, osicionados em até ontos na malha neus (Figura ). A Figura 2 mostra a localização dos tell-tails nas diversas configurações malha neus. 2 ROGRAMA EXERIMENTAL A camanha ensaios arrancamento neus foi executada em área localizada em Jacareaguá, zona oeste do municíio do Rio Janeiro. Foram utilizados neus automóveis, já sgastados, sem mais utilida ara uso como elementos rodagem. A Figura ilustra o sistema arrancamento utilizado ara a execução dos ensaios. Figura 2 - osicionamento dos medidores internos (telltails) nas diferentes configurações malhas neus Resultados carga arrancamento, normalizados em função da altura sobrecarga, estão mostrados na Figura. Nesta figura, aresentam-se, também, os resultados O Schaughnessy e Garga (2). Verifica-se que, inennte do solo utilizado, as curvas convergem assintoticamente ara um valor aroximado 6 kn/neu. Malha neus Cabo aco Figura - Sistema arrancamento e medição slocamentos internos Tubo VC O aterro foi executado com uma areia quartzoza grossa a média (SW). A comactação do solo foi executada manualmente. O índice vazios (e) do solo arenoso comactado foi,7 e o eso esecífico total igual a 6,8kN/m. Resultados ensaios cisalhamento direto forneceram c = e =6,2, ara a faixa umida camo. As alturas sobrecarga variaram,5m a 2,5m, corresonndo a tensões verticais confinamento entre 8,4ka e 42ka. O slocamento horizontal da linha frontal neus foi monitorado através uma fita milimetrada. Os slocamentos internos foram Carga or neu / altura sobrecarga (kn/m) Gerscovich et al. (2) O Schaughnessy & Garga (2) Número neus Figura - Carga or neu normalizada em relação a altura sobrecarga Maiores talhes sobre os ensaios om ser encontrados em Valle (24), Gerscovich et al. (2) e Gerscovich et al. (2). 2. Medidas slocamento Gerscovich et al. (2)

3 XIII Congresso Brasileiro De Mecânica Dos Solos E Engenharia Geotécnica 26 Curitiba. v A Figura 4 mostra a mobilização dos slocamentos internos em um ensaio arrancamento. Verifica-se que a rutura ocorre ara diferentes valores slocamentos internos. Quanto mais róximo do onto alicação da força arrancamento, maior é o slocamento interno medido. Isto mostra que a malha se forma não uniformemente durante o arrancamento. Há uma distribuição crescente formações, s o elemento frontal (mais róximo ao onto alicação do esforço arrancamento) até o mais distante. Força Arrancamento (kn) Força Arrancamento (KN/m) xx4 neus Cortados v = 25,2 ka 4xx4 neus 2 4 Deslocamentos Internos (cm) Figura 4 - Força arrancamento vs slocamentos internos: 4xx4 neus cortados sob ' v 25,2 ka Observando os slocamentos internos em função do slocamento frontal (Figura 5), verifica-se que o slocamento do onto ( ) tem início aós o slocamento frontal (dh f ) ultraassar 2cm. Os slocamentos frontais são observados logo no início do ensaio, sem que haja nenhuma medição slocamento interno. Isto evincia que os neus da rimeira linha estão se formando ara osteriormente sofrerem slizamento. Aós este rocesso ocorre a mobilização da segunda linha neus. Comortamento semelhante é observado nos mais ontos internos (2 e ). Quando a curva segue aralela à curva dh f, (Figura 5), não ocorrem formações e sim slocamentos coro rígido. Com isso, as distâncias entre as curvas servem também ara indicar a magnitu das formações sofridas entre os ontos medição ( tell-tail ). F 2 Deslocamentos Internos (cm) v = 25,2 ka F 2 4xx4 neus Rutura or arrancamento Deslocamento Frontal (cm) Figura 5 - Deslocamentos internos em malhas 4xx4 neus cortados sob ' v 25,2 ka A Figura 6 aresenta os slocamentos internos, medidos no instante da rutura, em função da osição do tell-tail, ara duas condições sobrecarga. Os resultados mostram a não linerida da distribuição dos slocamentos internos e o seu créscimo com o aumento da distância entre o onto medição e o alicação da força. Deslocamentos Internos na rutura (cm) xx4 neus Cortados dh f ' v = 25.2 ka ' v = 8.4 ka 4xx4 neus osição do Medidor dos Deslocamentos (cm) Figura 6 - Deslocamentos internos na rutura: 4xx4 neus cortados A Figura 7 mostra resultados ensaios, cuja configuração da malha inclui 4 neus na ª. linha. Nesta figura, estão assinalados os slocamentos internos ( in ) na rutura fornecidos elos tell-tails. Os índices i=, 2 e corresonm ao instante em que ocorreu o início mobilização da linha (i+) e os índices n=a, b e c corresonm às diferentes configurações neus. Assim sendo, b indica o instante da rutura ara a ª linha neus da configuração b. Neste instante, iniciase a mobilização da 2ª linha. Os resultados F 2 dhf dh2

4 XIII Congresso Brasileiro De Mecânica Dos Solos E Engenharia Geotécnica 26 Curitiba. v mostram que a mobilização integral da ª linha, ocorre ara valores força arrancamento e slocamento frontal, da orm 72kN e 9cm resectivamente; inennte da configuração da malha neus. No instante da rutura da 2ª linha, verifica-se uma força arrancamento aroximadamente 88 kn e um slocamento frontal da orm 5 cm. Comortamento semelhante foi observado ara as mais malhas neus, com exceção do ensaio realizado com um único neu isolado. Força Arrancamento (kn/m) Força Força Arrancamento Arrancamento (kn/m) (kn) neus Cortados ' v = 25,2 ka a b c 2b 4 4x 4xx4 4 = Deslocamento Frontal na rutura da º Linha neus 2 = Deslocamento Frontal na rutura da 2º Linha neus = Deslocamento Frontal na rutura da º Linha neus 2 a = Configuração 4 ) b = Configuração 4x ) c = Configuração 4xx4 neus( ) Deslocamento Deslocamento Frontal Frontal (cm) (cm) Figura 7 - Força arrancamento vs slocamento frontal ara diversas malhas neus cortados sob v 25,2ka MECANISMO DE ARRANCAMENTO O mecanismo arrancamento observado nos ensaios está esquematicamente reresentado na Figura 8. O onto i indica a força arrancamento resonsável ela rutura da linha i e i o slocamento corresonnte. A força arrancamento resonsável ela rutura da linha i+ é dada ela diferença entre i+ e i, ou seja, i+. Analogamente, o acréscimo slocamento frontal até ocorrer a rutura, é dado ela diferença entre i+ e i, ou seja, i+. Com base no comortamento da força arrancamento e do slocamento or linha neus, foram terminados os valores i associados à rutura. Os resultados estão aresentados na Figura 9, em função da distância embutimento do onto medição. Nesta figura, estão relacionadas duas malhas 4xx4x neus inteiros e cortados, sob tensão vertical confinante 6,8 e 25,2ka, resectivamente. Observa-se que a força 2c c arrancamento necessária ara romer a ª linha neus (distância embutimento 6cm) é significativamente suerior à necessária ara romer as linhas subsequentes. A artir da 2ª linha neus, as arcelas força arrancamento () são aroximadamente constantes, da orm 5kN, inennte da configuração da malha neus. Força Arrancamento (kn) Força Arrancamento (kn/m) 7 6,2,,4 = Índices corresonntes às linhas neus = Força arrancamento da linha no momento da rutura 2 = Deslocamento Frontal da linha no momento da rutura Deslocamento Frontal (cm) Figura 8 - Esquema das arcelas força e slocamento frontal na rutura A redução da força arrancamento, necessária ara rovocar a rutura das linhas subseqüentes à rimeira, o ser atribuída ao efeito do emuxo assivo do solo, atuante somente na ª linha neus. Este emuxo é roveniente da resença uma cunha frontal solo à frente da malha neus. Adicionalmente, é ossível que o amolgamento gerado durante o rocesso mobilização rogressiva das linhas neus contribua com uma redução nos arâmetros resistência nos contatos solo-solo e solo-neu. arcela arcela Força Força Arrancamento Arrancamento (kn/m) (kn) neus Cortados e Inteiros Configuração 4xx4x neus Cortados ( v = 25,2 ka) neus Inteiros ( v = 6,8 ka) Distância embutimento da linha (cm) 4xx4x In h =.m 4xx4x Ct h =.5m =5kN Figura 9 - arcela força arrancamento or linha neu na rutura vs distância embutimento

5 c l XIII Congresso Brasileiro De Mecânica Dos Solos E Engenharia Geotécnica 26 Curitiba. v Mobilização Esforços Com base na consiração rutura rogressiva da malha neus, foi ializado um mecanismo mobilização forças nos neus durante o arrancamento, constituído três arcelas esforços, como ilustra a Figura. = Força Arrancamento Força Força gerada gerada elo emuxo elo emuxo assivo ( c ) assivo ( ) Força lateral atuante atuante na altura entre do neu o neu ( ) e o solo ( l) Força Força gerada gerada elo emuxo elo emuxo assivo ( ) assivo ( ) le corda (a) 'v lf h (b) Força gerada elo atrito atuante Força gerada elo atrito atuante no contato too e base ( s ) no contato too e base ( s) Figura - Esquema das forças atuantes na malha neus ara a rimeira linha da malha neus, consira-se que as três arcelas esforços contribuem ara a resistência ; isto é 2 (2) 2l s on = força gerada elo emuxo assivo na cunha frontal solo; l = Força lateral gerada elo atrito lateral; s = Força gerada no contato too e base. Nas linhas subseqüentes não há contribuição emuxo assivo, isto é: 2 i 2l s () A arcela relativa ao emuxo assivo (Figura ) o ser estimada ela teoria Rankine e a resultante exressa or: k t 2h h 2 n d t h (4) on:k = coeficiente emuxo assivo; t = eso esecífico total; h = altura do aterro; h = altura do neu. n t = número neus transversais ao arrancamento; d = diâmetro do neu. A comonente da força lateral (Figura ) atuante entre a lateral do neu e o solo ( l ) o também ser estimada ela teoria Rankine e finida como: l k 2 a 2h h n d tan l t h (5) on: k a = coeficiente emuxo ativo; t = eso esecífico total; h = altura do aterro; h = altura do neu; l l = comrimento lateral da linha neus; = angulo atrito na interface solo-neu n l = número neus longitudinais ao arrancamento; d = diâmetro do neu. Como a solicitação ao arrancamento ocorre rogressivamente or linha neus n l é igual a. A arcela S (Figura ), comosta elo atrito roveniente do contato solo-solo contido na região interna do neu com o solo circundante, o ser terminada acordo com a equação: h l l tan (6) s t f l on: t = eso esecífico; h = altura do aterro; l l = comrimento lateral da linha neus; l f = comrimento frontal da linha neus; = angulo atrito na interface solo-neu. 4 VERIFICAÇÃO DO MECANISMO Com base no mecanismo arrancamento roosto, a estimativa do ângulo atrito na interface solo-neu () ô ser feita inenntemente ara cada linha transversal neus. A artir dos resultados exerimentais, obtêm-se as arcelas resistência atribuídas a cada linha transversal neus ( i ) e com as eq. 2 a 6 estimam-se os valores Os resultados obtidos ara todas as linhas neus cortados e inteiros e níveis confinamento estão mostrados na Figura. Os neus cortados aresentam valores tangente () levemente sueriores aos inteiros, comrovando que a remoção uma das bandas laterais do neu gera um reforço ligeiramente mais resistente. Observa-se, também, a diminuição

6 XIII Congresso Brasileiro De Mecânica Dos Solos E Engenharia Geotécnica 26 Curitiba. v tangente () acordo com o crescimento linha neus. Isto o estar relacionado ao fato da resistência unitária ao arrancamento do neu tenr assintoticamente ara um valor constante. tan tan,7,6,5,4,,2, Inteiros Cortados 4,9,9 26,5 2,8 6,7,,, ª 2ª ª 4ª Linhas neus Figura - Variação ângulo atrito na interface soloneu () or linhas neus A alicabilida do mecanismo transferência carga, foi testada a artir da estimativa das forças arrancamento ara níveis sobrecargas 25,2ka e 42ka, tomando-se como base os resultados obtidos ara a tensão confinante 6,8ka. Os resultados dos ensaios arrancamento ara v = 6,8ka forneceram valores médios tan iguais a,;,22 e,, ara a ª, 2ª e ª linhas, resectivamente. Os resultados sta extraolação estão aresentados na Figura 2, em conjunto com revisões calculadas com base na roosição O Shaughnessy (997) (Eq. ). Observa-se clara concordância entre o molo roosto neste trabalho os resultados obtidos no camo. or sua vez, a Equação revelou resultados acima dos terminados exerimentalmente. 5 CONCLUSÕES A análise dos resultados ensaios arrancamento, em solo arenoso, em diversas configurações neus, sob diferentes níveis confinamento, indicou que a resistência unitária ao arrancamento neus é da orm 6kN/neu. A mobilização da resistência ao arrancamento cada linha do reforço neus ocorre forma rogressiva, crescendo acordo com a distancia ao onto alicação carga. A rimeira linha neus é resonsável 5,7 ela maior arcela da resistência ao arrancamento da malha. Nesta linha, além das comonentes atrito, arte da resistência é fornecida ela ação do emuxo assivo. O mecanismo transferência carga sugerido neste trabalho mostrou-se eficaz ara revisão do comortamento das malhas neus sob condição arrancamento. Aesar da quantida limitada ensaios, os resultados aqui aresentados om ser utilizados como rimeira estimativa em rojetos reforço com neus. Força arrancamento calculada (kn) Valle O'Shaughnessy Calculado = Exerimental Força arrancamento exerimental (kn) Figura 2 - Comaração entre as forças arrancamento (calculadas) na rutura AGRADECIMENTOS Os autores gostariam registrar os seus agracimentos ao CNq elo aoio financeiro. REFERÊNCIAS Gerscovich, D.M.S.; Meiros, L.V..; Sayão, A. S. F. (2). Field ullout Tests on Scra Tire Reinforcement layers unr different soil surcharges. XV Internatinal Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering Istambul, Balkema Gerscovich, D.M.S.; Meiros, L.V..; Sayão, A. S. F. & Garga, V. K. (2). Field ullout Tests on Scra Tire Arrangements. Geotechnical & Geological Eng. roc. Intern. Confer., Melbourne, Nov., CDROM. O Schaughnessy, V. & Garga, V.K. (2). Tirereinforced Earthfill. art2: ull-out Behaviour and Reinforced Sloe Design. Can. Geot. J. 7: 97-6 O Schaughnessy, V. (997) Reinforcement of Earth Structures Using Scra Tires, h.d. Thesis, University of Ottawa, Canada, 72