Avaliação de Diferentes Metodologias Executivas de a Partir de Ensaios de Arrancamento em Campo Silva, D. P. Escola de Engenharia de São Carlos/USP, São Carlos, São Paulo, Brasil, danpasil@yahoo.com.br Bueno, B.S. Escola de Engenharia de São Carlos/USP, São Carlos, São Paulo, Brasil, bsbueno@sc.usp.br Resumo: Apesar do largo emprego da técnica de solo pregado em nosso país, pouquíssima pesquisa foi realizada sobre a resistência ao cisalhamento de interface solo-reforço (q s ) e sobre a importância deste parâmetro no desempenho desta técnica de reforço in situ de taludes e escavações. Este trabalho avaliou experimentalmente, a influência de diferentes metodologias executivas do chumbador (número de injeções) neste parâmetro. As informações para o desenvolvimento deste trabalho foram obtidas a partir de ensaios de arrancamento realizados em chumbadores construídos em uma obra em Santo André-SP. Os ensaios de arrancamento permitiram quantificar melhorias na resistência ao cisalhamento de interface a partir das injeções do chumbador e estabelecer uma equação que relaciona o valor de q s com o volume injetado de calda de cimento, sendo uma importante ferramenta para analisar o desempenho do chumbador. Por fim, é apresentada uma proposta de metodologia para a realização do controle de qualidade do chumbador. Abstract: Besides the soil nailing technique being common practice in Brazil, there is little research on the shear strength of the soil-reinforcement interface (q s ) and on the importance of this parameter on the performance of this in situ reinforcement technique of slopes and excavations. This study experimentally evaluate the influence of different executive methodologies of the nail (i.e. number of grout injections) on the parameter q s. Data were obtained from in situ, full scale pullout tests performed on nails built in Santo André city. The results show that significant improvement is achieved on the soil-nail interface shear strength by the number of grout injections. The pullout tests on the nails provided quantification of this improvement and establish equation that relate the value of q s to the volume of cement grout injected. Finally, a methodology is proposed for a quality control procedure on soil-nailed walls. 1 INTRODUÇÃO O emprego de técnicas de reforço de solos para a estabilização de taludes e escavações apresenta-se como uma alternativa técnico-econômica viável e em expansão em todo o mundo. Entre as técnicas de reforço in situ, a de solo pregado é a de maior apelo econômico. A estabilidade de uma contenção em solo pregado é estudada em seu estado limite último. Sendo assim, um dos parâmetros mais importante e responsável pelo mecanismo de transferência de carga e restrição do movimento do maciço de solo, durante e após a sua escavação, é a resistência ao cisalhamento desenvolvida na interface entre o reforço e o solo circundante (q s ). Como as inclusões trabalham basicamente à tração, quanto maior for este parâmetro, melhor será o desempenho do reforço na estabilização do maciço de solo. Para a previsão da resistência ao cisalhamento de interface, diversos pesquisadores têm apresentado métodos analíticos e diferentes correlações empíricas e semi-empíricas baseadas em ensaios de campo e de laboratório, entre eles Cartier e Gigan (1983), Bustamante e Doix (1985), Jewell (199), Clouterre (1991), Heymann et al. (1992), Ortigão e Palmeira (1997) e Proto Silva (25). Embora estes modelos e correlações se baseiem em interações simples e empreguem parâmetros aparentemente fáceis de serem determinados, há dificuldade de se determinar o valor de q s. Neste contexto, a realização de ensaios de arrancamento é de 1
fundamental importância para a quantificação mais realística deste parâmetro. No Brasil, a falta de uma metodologia padrão faz com que não seja usual a realização de ensaios de arrancamento em obras de solo pregado. O valor de q s obtido no ensaio é dependente do diâmetro do furo (φ furo), do comprimento da interface solocalda de cimento (L S ) e da carga máxima (T L ) obtida no ensaio. O valor de q s é definido em unidades de tensão, normalmente em kpa (Equação 1). q = L s π * φfuro * L (1) S 2 T A resistência ao cisalhamento de interface é influenciada por diversos fatores, entre os quais: (i) variabilidade do solo; (ii) método construtivo do chumbador; (iii) variações físicas e geométricas dos elementos de reforço (e.g. comprimento da barra, tipo da barra de aço, diâmetro da coluna de calda de cimento e inclinação do reforço) e (iv) níveis de tensão atuantes. Apresentam-se neste trabalho os resultados de um programa experimental que foi desenvolvido em uma obra em Santo André-SP, ou seja, em escala real. Os ensaios de arrancamento foram realizados em quatorze chumbadores testes construídos em uma mesma profundidade (1,8 m), que corresponde à segunda linha de chumbadores da obra. Os chumbadores foram construídos com diferentes metodologias executivas, variando-se o número, a localização das injeções e o comprimento dos chumbadores. Os ensaios de campo permitiram quantificar o parâmetro q s para cada metodologia executiva permitindo avaliar, para um mesmo tipo de solo, a melhor forma para executar os chumbadores e estabelecer equações que relacionam o valor de q s com o volume injetado de calda de cimento, sendo uma importante ferramenta para avaliar as premissas adotadas em projeto. 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Caracterização Geotécnica do Local Os chumbadores testes foram executados em uma obra em Santo André-SP em que se utilizou a técnica de solo pregado para a contenção de uma escavação para a implantação de subsolos. O programa experimental foi realizado em uma mesma região, na qual, se aproximavam as condições de contorno, ou seja, geologia e estado de tensões. Na região de estudo a sondagem de simples reconhecimento permitiu identificar três camadas com características geotécnicas distintas. Entre e,7 m, identificou-se um aterro de areia fina à média, argilosa. A partir desta profundidade observou-se um perfil de alteração de solo residual. Até a profundidade de 4, m, identificou-se uma argila silto-arenosa vermelha/marrom (solo residual jovem) com NSPT médio igual a 3, representativo da linha 2, ou seja, da profundidade de interesse de 1,8 m. Abaixo desta camada, observou-se um solo saprolitico até a profundidade investigada de aproximadamente 8, m. Na profundidade de interesse também foram coletadas amostras de solo, que foram submetidas a ensaios de caracterização geotécnica em laboratório (Tabela 1). Também foram realizados ensaios de resistência ao cisalhamento, tipo triaxial consolidado e não drenado (CU) e ensaios de cisalhamento direto rápido, em amostras indeformadas na umidade de campo. As tensões utilizadas foram de 35, 1 e 2 kpa, para confinamento no triaxial e tensão normal no cisalhamento direto. A Tabela 2 apresenta os parâmetros de resistência obtidos. Tabela 1 Resultados dos ensaios geotécnicos realizados em laboratório. Propriedade Valor Massa específica dos sólidos (g/cm 3 ) 2,798 Teor de Argila (%) 46,8 Teor de Silte (%) 18,2 Teor de Areia (%) 35, LL (%) 48 LP (%) 27 Peso Específico (kn/m 3 ) 14,4 Umidade Natural (%) 23,1 Classificação Unificada CL Tabela 2 Parâmetros totais e efetivos de resistência ao cisalhamento. Total Efetiva Ensaio c φ c φ' (kpa) ( ) (kpa) ( ) Triaxial 29,4 22,7 21,7 31,1 Cisalhamento Direto 29,3 31,5 2.2 Execução dos es Testes Os ensaios de arrancamento foram realizados em chumbadores curtos (4, m) e longos (7, m), instrumentados com extensômetros elétricos. Todos os reforços foram executados com 1, m de trecho livre. Sendo assim, os chumbadores curtos foram construídos com 3, m injetados, enquanto que os
chumbadores longos foram construídos com 6, m injetados. Para a construção dos chumbadores curtos e longos foram utilizadas barras de aço CA-5 de 25 mm com 5,3 m e 8,3 m de comprimento, respectivamente. O comprimento excedente (1,3 m) foi previsto para facilitar a fixação dos equipamentos necessários para a realização do ensaio de arrancamento. A fim de facilitar os trabalhos de instrumentação e de transporte para as obras, as barras de aço foram divididas em dois trechos. Para permitir a junção das barras em obra, foram confeccionadas roscas centrais e luvas de conexão. Os chumbadores curtos foram instrumentados com quatro extensômetros elétricos, enquanto que para os longos utilizaram-se sete extensômetros elétricos. Estes sensores foram alinhados na lateral das barras de aço para reduzir a influência de possíveis momentos fletores. Para a calibração dos sensores, as barras de aço instrumentadas foram carregadas sob tração em estágios crescentes e as leituras verificadas para cada nível de carregamento. A preparação dos chumbadores foi realizada de forma especifica para cada metodologia e comprimento do chumbador. Esta etapa de preparação compreendeu a fixação, junto à barra de aço, de centralizadores e de tubos de injeção de polietileno de 1 mm de diâmetro. Para cada etapa de injeção, foi instalado um tubo correspondente e as válvulas foram distribuídas de forma específica para cada uma das metodologias. Visando garantir a integridade do trecho livre, engraxou-se e instalouse um obturador composto por uma espuma enrolada. A perfuração foi executada com perfuratriz manual, utilizando o procedimento de lavagem do furo. O diâmetro médio acabado foi de 75 mm e inclinação média de 1º em relação à horizontal. Após o termino da perfuração foi então realizado o preenchimento da cavidade escavada (furo) com calda de cimento (Bainha), até que a calda de cimento extravasasse limpa pela boca do furo. Este procedimento foi realizado sob o efeito da gravidade (sem pressão), a partir de um tubo removível e de forma ascendente (do fundo para a boca do furo). As barras de aço, devidamente preparadas, foram então inseridas no furo preenchido. As injeções foram iniciadas após um intervalo mínimo de 12 horas, obedecendo ao procedimento da obra, de se realizar uma fase de injeção por dia. A Bainha foi executada com um traço de calda de cimento, com relação água/cimento igual a,6. No traço das injeções, com o objetivo de obter caldas de cimento com maior fluidez, a relação água/cimento foi de,7. As caldas foram preparadas em um misturador de alta turbulência, utilizando o cimento Portland tipo CP III-4 RS. Os resultados de ensaios de compressão uniaxial apresentaram valor médio superior a 21 MPa, que se apresenta dentro do valor mínimo estabelecido pelo manual internacional da FHWA (Lazarte et al., 23). 2.3 Metodologias Executivas e Controle de Execução As metodologias executivas diferem em relação ao número e a localização das injeções. A seguir apresentam-se as metodologias adotadas para a construção dos chumbadores. Metodologia A: chumbador construído somente com a bainha. Metodologias B, C e D: os chumbadores foram construídos inicialmente com a bainha (metodologia A) e com fases posteriores de injeção. Para estas metodologias, foram realizadas, respectivamente, uma, duas e três fases posteriores de injeção. As válvulas de injeção foram dispostas igualmente espaçadas (,5 m) ao longo de todo o trecho injetado. A Figura 1 ilustra, para os chumbadores curtos, a distribuição e a localização das válvulas de injeção para uma fase de injeção. Figura 1: Localização das válvulas de injeção para os chumbadores curtos construídos com as metodologias B, C e D. Metodologia E: construído com a bainha (metodologia A) e mais duas fases posteriores de injeção. As válvulas de injeção foram dispostas de forma localizada. A primeira injeção foi realizada no trecho final do furo com as válvulas espaçadas a cada,2 m, enquanto que a segunda injeção foi realizada no restante do trecho injetado, com as válvulas espaçadas a cada,5 m. A Figura 2 ilustra, para os chumbadores curtos, a distribuição e a localização das válvulas de injeção para cada uma das injeções. 3
Figura 2: Localização das válvulas de injeção para os chumbadores curtos construídos com a metodologia E. Metodologia F: construído com a bainha (metodologia A) e mais três fases posteriores de injeção (chumbador curto) ou quatro fases posteriores de injeção (chumbadores longos). As injeções foram realizadas por três/quatro tubos perdidos ao longo de todo o trecho injetado, através de válvulas localizadas de injeção. A primeira injeção foi realizada de forma localizada no trecho final e as demais, também localizadas, de forma ascendente ao longo do trecho injetado. A Figura 3 apresenta, para os chumbadores curtos, a localização das válvulas de injeção para as diferentes fases de injeção. Figura 3: Localização das válvulas de injeção para os chumbadores curtos construídos com a metodologia F. Foram construídos 7 chumbadores curtos e 7 chumbadores longos. Os chumbadores testes foram construídos entre os chumbadores de projeto da obra. Os chumbadores de projeto foram inicialmente construídos somente com a bainha, para evitar a influência das injeções nos chumbadores testes. Somente após a realização dos ensaios de arrancamento dos chumbadores testes, os chumbadores de projeto foram injetados. Com o objetivo de padronizar e facilitar a execução e a interpretação dos resultados, os chumbadores foram numerados. A Tabela 3 apresenta o número, a metodologia construtiva, o comprimento e o tipo de cada chumbador estudado. Tabela 3 Identificação e características dos chumbadores. N Comprimento Metodologia (m) Tipo 1 D 6, 2 A 3, Curto 3 E 3, Curto 4 E 6, 5 A 3, Curto 6 A 6, 7 C 3, Curto 8 C 6, 9 B 3, Curto 1 B 6, 11 F 3, Curto 12 F 6, 13 D 3, Curto 14 D 6, A Tabela 3 mostra que foi executado o mesmo número de chumbadores curtos e longos. Para cada uma das metodologias estudadas, foram construídos, pelo menos, um chumbador curto e outro longo. Durante a execução dos chumbadores controlouse a pressão e o volume da injeção. O controle do volume foi realizado medindo-se o nível de calda de cimento dentro do tanque misturador. A determinação das pressões de injeção foi realizada por um manômetro, localizado na saída da bomba de injeção. A Tabela 4 apresenta um resumo do controle de execução dos chumbadores testes e mostra que a pressão máxima de injeção foi de 2, MPa, obtida para a segunda fase de injeção do chumbador executado com a metodologia C. Para a terceira fase de injeção dos chumbadores executados com as metodologias D e F as pressões de injeção também foram elevadas e da ordem de 1,6 MPa. As elevadas pressões e a ausência de volumes injetados nestas fases remetem a uma melhor qualidade (integridade) do chumbador. Observa-se também que os volumes de injeção nunca foram superiores a 51 litros, ou seja, volume equivalente a uma calda de cimento preparada com um saco de cimento (5 kg) e relação água-cimento igual a,7. Este volume foi utilizado como critério de parada, por considerar que maiores volumes de injeção poderiam ser danosos a edificações vizinhas, já que, provavelmente, teriam encontrado algum vazio excessivo no maciço de solo. Os resultados obtidos a partir do controle de execução poderão ser melhor avaliados e comparados após as análises dos resultados dos ensaios de arrancamento. 4
Id 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 Tabela 4 Controle de execução dos Met. D A chumbadores testes. Bainha 1 a Fase 2 a Fase 3 a Fase Pressão Volume Pressão Volume Presão Volume Data Hora Data Hora Data Hora Data Hora (MPa) (litros) (MPa) (litros) (MPa) (litros) 6/5/8 15:15 7/5/8 8:3-33,5 8/5/8 8:45 1, 51, 9/5/8 7:36,7 E Curto 6/5/8 15:1 7/5/8 8:2 E 6/5/8 15:1 7/5/8 A Curto 7/5/8 15:3 A C C B B F F D D Tipo Curto Curto Curto Curto 7/5/8 7/5/8 15:2 6/5/8 11:5 6/5/8 11:5 7/5/8 15: 7/5/8 15: 7/5/8 14:2 7/5/8 14:2 7/5/8 8:1-51, 7/5/8 8:1-51, 8/5/8 8:2 1, 1, 8/5/8 8:2 1, 24, 8/5/8 8:1,6 51, 8/5/8 8:1,6 51, 8/5/8 8/5/8 9/5/8 9/5/8 8:3 8:3 7:32 7:28 Curto 6/5/8 11:3 7/5/8 8: - 15, 8/5/8 8: 6/5/8 15:45 11:3 7/5/8 8: - - 24, 8/5/8 8:4 8:2 1, 24, 8/5/8 8:4,5 51, 2,,5,4,6 24, 8/5/8 8:,5,5 15, 51, 7, 51, 1/5/8 1/5/8-51, 9/5/8 7:44 7:4 7:28 1,6 1,5 1,5 51, 9/5/8 7:23 1,6 Total volume Injetado (litros) Nota: Id: identificação do chumbador; Met: metodologia executiva utilizada na construção do chumbador. A Figura 4 apresenta uma vista geral dos chumbadores após a sua execução. 84,5, 39, 75,,, 51, 12, 1, 24, 58, 12, 66, 75, Figura 4: Vista dos chumbadores testes executados. 2.4 Ensaios de Arrancamento Todos os chumbadores foram ensaiados de maneira similar. Buscou-se, determinar a resistência ao cisalhamento de interface soloreforço e verificar a evolução dos carregamentos ao longo do seu comprimento a partir da instrumentação. A primeira parte dos ensaios consistiu na aplicação de uma pequena carga para garantir um melhor ajuste do sistema de arrancamento. As cargas eram aplicadas ao chumbador por meio de macaco hidráulico, em estágios de 5, kn, de forma que os deslocamentos, devidamente controlados, fossem analisados concomitantemente, já que o sistema de leitura fazia a aquisição automática da célula de carga, dos transdutores de deslocamento e dos extensômetros elétricos. Entre cada estágio de carregamento, aguardava-se o período de tempo necessário para a estabilização dos deslocamentos e das leituras dos extensômetros elétricos. O ensaio de arrancamento foi realizado até atingir a condição de ruptura, definida por uma ruptura frágil (pico) ou uma ruptura plástica (deslocamentos crescentes sem incremento de carga). A Figura 5 apresenta o esquema de montagem e o detalhe dos equipamentos e acessórios utilizados no ensaio de arrancamento. 5
verificação do comportamento do parâmetro q s em função da metodologia executiva, do volume de injeção de calda de cimento e do comprimento do chumbador. Adicionalmente, também são apresentados os resultados obtidos a partir da instrumentação realizada com extensômetros elétricos ao longo da barra de aço. 3.1 Influência da Metodologia Executiva Figura 5: Esquema de montagem e detalhe dos equipamentos e acessórios utilizados na realização dos ensaios de arrancamento. 3 RESULTADOS E ANÁLISES A Tabela 5 apresenta o resumo dos resultados dos ensaios de arrancamento realizados nos chumbadores curtos e longos construídos com as diferentes metodologias executivas. São apresentados os principais parâmetros obtidos a partir dos ensaios, que são: carga máxima de ruptura (T máx ), deslocamento referente à carga máxima, resistência ao cisalhamento de interface solo-reforço (q s ) e modo de ruptura (quando esta ocorre), nomeando F para ruptura frágil e P para ruptura plástica. Os chumbadores que não atingiram a ruptura foram identificados por NR. Tabela 5 Resumo dos resultados dos ensaios de arrancamento. 6 N Met L (m) Tipo T máx (kn) Deslocamento (mm) q s (kpa) Modo de Ruptura 1 D 6, - - - - 2 A 3, Curto 4,7 11,9 56,7 F 3 E 3, Curto 91,5 1,4 127,4 F 4 E 6, - - - - 5 A 3, Curto 27,9 8,3 38,8 F 6 A 6, 125, 13,9 87,1 F 7 C 3, Curto 85,8 13,7 119,5 F 8 C 6, 73,6 7,2 51,2 NR 9 B 3, Curto 36,2 7, 5,4 F 1 B 6, 197,3 19,3 137,3 F 11 F 3, Curto 79,4 7,1 11,6 F 12 F 6, 176,2 12,6 122,6 NR 13 D 3, Curto 133,8 14,1 186,3 P 14 D 6, 179,4 1,8 124,9 NR Nota: Met: metodologia executiva empregada na construção do chumbador; L: comprimento do trecho injetado do chumbador. Frente ao grande número de resultados apresentados, foram realizadas análises para a Para poder avaliar e quantificar a influência das diferentes metodologias executivas, são apresentados gráficos contendo o valor de q s para cada uma das metodologias executivas. Para facilitar a análise comparativa, os valores percentuais apresentados foram referenciados (1%) em relação aos valores de q s da metodologia A. A Figura 6 mostra estas análises para os chumbadores curtos. Vale a pena lembrar que, para os chumbadores executados com a metodologia A, o parâmetro q s foi calculado a partir da média dos valores obtidos para os chumbadores 2 e 5. q s (kpa) 25 2 15 1 5 1% 15,6% 25,3% 39,2% 266,8% 231,6% 2 e 5 9 7 13 3 11 A B C D E F Figura 6: Análise comparativa entre os valores de q s obtidos para os chumbadores curtos executados com as diferentes metodologias executivas. Da Figura 6, é possível observar que o valor de q s obtido para a metodologia B foi 5,6% superior ao valor obtido para a metodologia A, ou seja, houve um pequeno incremento na resistência ao cisalhamento de interface. Este fato sugere que o chumbador executado com a metodologia B apresenta imperfeições ao longo do trecho injetado, similares aos da metodologia A. Os incrementos de q s para as metodologias C, E e F foram próximos e da ordem de 15,3, 166,8 e 131,6%, respectivamente. O chumbador executado com a metodologia D foi o que obteve o melhor desempenho em termos de q s. O ganho neste parâmetro foi da ordem de 29,2%, em relação ao chumbador executado somente com a bainha (metodologia A).
Previa-se, inicialmente, que os chumbadores executados com as metodologias C e E (bainha + 2 fases) apresentassem resultados de mesma ordem de grandeza. Da mesma forma, esperavam-se comportamentos similares para as metodologias D e F (bainha + 3 fases). Entretanto, este fato foi verificado somente para a primeira situação. Também era esperado que, teoricamente, os resultados de q s para as metodologias D e F seriam superiores às metodologias C e E. Esta previsão foi apenas confirmada para a metodologia D. A Figura 7 apresenta a análise comparativa realizada para os chumbadores longos. Na tentativa de verificar uma tendência de comportamento, os valores de q s e dos volumes de injeção dos chumbadores curtos são apresentados em um mesmo gráfico (Figura 8). Para facilitar a visualização, os volumes injetados são apresentados no mesmo gráfico. q s (kpa) 25 2 15 1, 1, 51, 66, 39, 58, 8 6 4 2 Volume de Injeção (L) -2 25 5-4 -6 2 2 e 5 9 7 13 3 11-8 q s (kpa) 15 1 5 1% 157,8% 58,8% 143,5% 14,9% A B C D E F qs Volume de injeção (L) Figura 8: Variações de q s e dos volumes de injeção dos chumbadores curtos para as diferentes metodologias executivas. 6 1 8 14 12 A B C D F Figura 7: Análise comparativa entre os valores de q s obtidos para os chumbadores longos executados com as diferentes metodologias executivas. A partir dos valores de q s apresentados na Figura 7 e lembrando que somente os chumbadores 6 (metodologia A) e 1 (metodologia B) atingiram a condição de ruptura, é possível tecer os seguintes comentários: - Conforme esperado, o valor de q s obtido para a metodologia B foi 57,8% superior ao valor de q s de referência (metodologia A). - Como a condição de ruptura não foi atingida para os chumbadores executados com as metodologias C, D e F, não foi possível, para estas metodologias, realizar a análise comparativa. Entretanto, como esperado, verificou-se que, mesmo sem finalizar os ensaios, os chumbadores executados com as metodologias D e F apresentaram resultados de q s superiores à metodologia A, tomada como referência. A partir dos resultados obtidos, verifica-se que o valor de q s está intimamente relacionado com a metodologia executiva e, consequentemente, com o volume de calda de cimento que foi injetado para as diferentes metodologias executivas. 3.2 Influência do Volume de Injeção Os resultados apresentados na Figura 8 mostram, claramente, que os ganhos no parâmetro q s estão diretamente relacionados com a metodologia executiva e, consequentemente, com os volumes de injeção de calda de calda de cimento determinados para cada metodologia executiva. Ao analisar o chumbador curto executado com a metodologia B, verifica-se que a proximidade do parâmetro q s em relação à metodologia A pode ser explicada pelo menor volume injetado (1, litros). Para o chumbador longo executado com esta mesma metodologia, houve um ganho em termos de q s de 57,8 % (Figura 5.1) e o volume injetado foi de 24, litros. A similaridade dos parâmetros q s para os chumbadores curtos executados com as metodologias C, E e F são justificadas pelos volumes injetados de 51,, 39, e 58, litros, respectivamente. O melhor desempenho da metodologia D deve-se ao maior volume injetado (66, litros). Embora não tenha sido possível a realização da exumação dos chumbadores, os ensaios de arrancamento comprovam que a melhoria no desempenho deve-se à melhoria da integridade do chumbador e as eventuais ramificações das injeções no maciço de solo. A partir das análises apresentadas, verificou-se, quantitativamente, a interdependência entre o parâmetro q s e o volume de injeção. Para facilitar futuras análises comparativas, foi atribuído um fator adimensional V, que representa a relação entre o volume injetado e o volume da cavidade escavada. 7
A Figura 9 apresenta uma correlação entre os dois parâmetros (q s x Fator V). 15 12 272% 25 2 15 D y = 23,994x + 41,174 R 2 =,819 q s (kpa) 9 6 1% 182% 1% Curto q s (kpa) 1 E C F 3 A 5 B, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Fator V Figura 9: Valores de q s x Fator V para os chumbadores curtos executados com as diferentes metodologias executivas. O ajuste linear apresentado na Figura 9 mostra um valor de R² aceitável, considerando-se o pequeno espaço amostral e as variabilidades inerentes às metodologias executivas adotadas para a construção dos chumbadores. O coeficiente linear da equação do ajuste equivale a um volume de injeção igual a zero, ou seja, representa a metodologia A (bainha). Considerando esta situação, o valor de q s, representado por 41,2 kpa, é inferior ao mínimo sugerido pela GeoRio (1999), de 6 kpa. Os resultados obtidos mostram que a quantificação do volume de injeção é uma excelente opção no controle de qualidade de execução do chumbador. Recomenda-se que, para obras que apresentem o mesmo solo analisado, adote-se a função q s = 23,99 x Fator V + 41,2 (kpa). 3.3 Influência do Comprimento do A fim de quantificar a influência do comprimento dos chumbadores, foram apresentados gráficos que relacionam o valor de q s em chumbadores curtos e longos, para as metodologias A e B (Figura 1). Tomou-se como referência apenas estas metodologias, visto que, somente para elas, a condição de ruptura foi atendida, tanto para os chumbadores curtos como para os longos. Para a análise comparativa, os valores percentuais apresentados foram referenciados (1%) em relação aos valores de q s dos chumbadores curtos. Metodologia A Tipo de Metodologia B Figura 1: Variação de q s para os diferentes tipos de chumbadores (curtos e longos), considerando as metodologias A e B. Da análise comparativa dos valores de q s apresentados na Figura 1, é possível observar que os valores obtidos para os chumbadores longos foram 82% e 172% superiores aos valores obtidos para os chumbadores curtos, comparando-se as metodologias A e B, respectivamente. A disparidade dos resultados obtidos para os chumbadores curtos e longos se deve as possíveis imperfeições do preenchimento da calda de cimento ao longo do trecho injetado. Para a metodologia A, o maior comprimento dos chumbadores longos pode ter minimizado estas imperfeições, já que o maior comprimento do trecho inclinado e injetado pode ter provocado um melhor preenchimento da cavidade escavada. A discrepância dos resultados envolvendo os chumbadores curtos e longos executados com a metodologia B também pode ser justificada pelo volume injetado. Enquanto para o chumbador curto o baixo volume injetado fez com que o seu desempenho se assemelhasse ao da metodologia A, para o chumbador longo, o volume injetado foi representativo (24, litros), melhorando bastante o seu desempenho. 3.4 Resultados da Instrumentação A utilização de extensômetros elétricos ao longo do comprimento das barras de aço permitiu verificar a distribuição dos carregamentos durante a realização do ensaio. Os dados advindos da instrumentação proporcionaram uma maior previsão e confiabilidade dos resultados. A partir da similaridade dos comportamentos observados, são apresentadas as curvas típicas obtidas para chumbadores curtos e longos. A Figura 11 mostra curvas com quatro níveis de carregamento em relação à carga de ruptura (25, 5, 75 e 1%). 8
1, 9, qs inicial 8, Carga (kn) 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1% 75% 5% 25% injeção (V) Ensaios de Arrancamento 1 injeção (V1) 2 injeções (V2) 3 injeções (V3) 1, Carga (kn), 18, 16, 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2,, 1 2 3 4 Comprimento do Reforço (m) (a) 1% 75% 5% 25% 1 2 3 4 5 6 7 Comprimento do Reforço (m) (b) Figura 11. Distribuição de carga ao longo do comprimento para chumbadores curto (a) e longo (b), em percentagem em relação à carga de ruptura. A partir da Figura 11, observa-se que os chumbadores apresentaram comportamentos semelhantes no tocante à mobilização das cargas, durante a realização do ensaio de arrancamento. Como arrancamento ocorre no contato solo-reforço, a mobilização da resistência é gradual, ou seja, da cabeça em direção à parte interna do chumbador. Nota-se a tendência de uma distribuição triangular das cargas ao longo da barra. Para o chumbador curto, todo o seu comprimento foi mobilizado durante a realização do ensaio. Para o chumbador longo, as cargas de arrancamento no final do trecho injetado foram praticamente inexistentes. 4 PROPOSTA DE METODOLOGIA PARA CONTROLE DE QUALIDADE A partir das análises realizadas é proposta uma metodologia para otimização de projeto e controle de desempenho na técnica de solo pregado. A Figura 12 apresenta a metodologia proposta. Vale a pena ressaltar que a metodologia proposta é válida para um mesmo tipo de solo. Gráfico qs x volume qs e volume de projeto (Vp) Controle de qualidade ( volume de injeção) Padronização dos chumbadores Figura 12: Proposta para otimização de projeto e controle de desempenho na técnica de solo pregado. A partir dos resultados obtidos recomenda-se, que para um mesmo tipo de solo, seja realizado pelo menos quatro ensaios de arrancamento em chumbadores executados com diferentes números de injeções (, 1, 2 e 3). Estes ensaios de arrancamento são fundamentais para a verificação do q s inicial estimado em projeto. Os valores de q s obtidos a partir dos ensaios de arrancamento devem ser plotados em função dos fatores adimensionais de volume (V, V1, V2 e V3), determinados para os diferentes números de injeções. Ao analisar estes valores, o projetista poderá determinar um q s de projeto e seu correspondente volume injetado de calda de cimento. Para garantir as premissas assumidas no projeto e padronizar o desempenho dos chumbadores executados, os volumes de injeção devem ser objetos de um rigoroso controle na obra. Para melhorar a qualidade e poder confirmar a integridade dos chumbadores, o controle dos volumes injetados deve ser realizado concomitantemente com o controle das pressões de injeção. Estes ensaios de arrancamento devem ser realizados em chumbadores curtos, ou seja, com três metros de trecho injetado e um metro de trecho livre. A realização de ensaios neste tipo de chumbador mostrou-se ser prática e eficiente. 5 CONCLUSÕES Com base nas informações obtidas neste trabalho, as seguintes conclusões são delineadas: 9
A avaliação da influência da metodologia executiva foi mais conclusiva para os chumbadores curtos, já que somente para eles foi possível realizar os ensaios de arrancamento para todas as metodologias executivas. Os resultados dos ensaios de arrancamento mostraram um aumento significativo do parâmetro q s, quando foram comparadas as diferentes metodologias executivas, em que houve alguma fase de injeção de calda de cimento, com a metodologia A, tomada como referência. Estes resultados mostraram-se bem coerentes e com aumentos gradativos para os chumbadores executados com o maior número de injeções. O chumbador executado com a metodologia D apresentou o desempenho mais satisfatório. Embora a localização das válvulas de injeção não tenha influenciado sobremaneira os resultados, a distribuição dessas válvulas igualmente espaçadas (,5 m) é o mais recomendado. Os resultados mostraram que o incremento no parâmetro q s está relacionado com o volume de calda de cimento que foi injetado. Verificou-se a interdependência entre o valor de q s e o volume de injeção. Os resultados obtidos mostraram que a determinação do volume de injeção é uma excelente opção no controle de qualidade de execução do chumbador. Ao realizar este controle, é possível, para um mesmo tipo de solo, estimar o valor de q s, a partir do volume injetado para cada chumbador, e a sua variação no maciço. A disparidade dos resultados obtidos para os chumbadores curtos e longos se deve as possíveis imperfeições do preenchimento da calda de cimento ao longo do trecho injetado. O maior comprimento dos chumbadores longos pode ter minimizado estas imperfeições, já que o maior comprimento do trecho inclinado e injetado pode ter provocado um melhor preenchimento da cavidade escada. Cartier, G. e Gigan, J.P. (1983) Experiments and Observations on Soil Nailing Structures. In: 8th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Proceedings, Finland, p. 473-476. Clouterre. (1991) Recommandations Clouterre Project National Clouterre, Presses de 1 ENPC, Paris, 269p. GeoRio (1999). Manual Técnico de Encostas: Ancoragem e Grampos. Fundação GeoRio, 184p. Heymann, G., Rohde, A.W., Schwartz, K. e Friedlaender, E. (1992) Soil Nail Pull Out Resistance in Residual Soils. In: International Symposium on Earth Reinforcement Practice, Proceedings, Fukuoka/kyushu/Japan, vol.1, p.487-492. Jewell, R.A. (199) Review of Theoretical Models for Soil Nailing. In: Internacional Reinforced Soil Conference, Glasgow, pp.265-275. Lazarte, C. A., Elias, V., Espinoza, R. D. e Sabatini, P. J. (23) Soil nail walls. In: Report FHWA- IF-3-17, Geotechnical Engineering Circular n. 7, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, Washington, DC, USA, March. Ortigão, J. A. R. e Palmeira, (1997) Optimised design for soil nailed walls. In: Proceedings of the 3rd International Conference on Ground Improvement Geosystems (GIGS), pp. 368-374, London, UK, June. Edited by M.C.R. Davies, F. Schlosser, Ground Improvement Geosystems, Thomas Telford, London, UK. Proto Silva, T. (25). Resistência ao Arrancamento de Grampos em Solo Residual de Gnaisse. Rio de Janeiro, 128p. Dissertação de Mestrado, PUC- Rio de Janeiro. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA Bustamante, M. e Doix, B. (1985) Une Méthode Pour le Calcul des Tirants et dês Micropieux Injectées. Bulletin de Liaison des Laboratoire des Ponts et Chaussées, Paris, n. 14 (Nov/Dec), pp. 75-92. 1