Recuperação de Aterro Rodoviário Através de Solo Reforçado e Blocos Intertravados Marcos Barreto de Mendonça D.Sc. Terrae Engenharia Ltda. Paulo José Brugger D.Sc. Terrae Engenharia Ltda. Universidade Federal de Juiz de Fora Guilherme Isidoro Martins Pereira Eng. Civil Geomecânica S.A. Flávio Teixeira Montez Eng. Civil Huesker Ltda. Resumo: O trabalho apresenta o projeto e a execução de um muro de contenção com altura de 5,5 metros em solo reforçado com geogrelhas e paramento em blocos intertravados para a recuperação de um aterro rodoviário rompido. É apresentado o histórico das obras e da ruptura, a concepção da solução em solo reforçado, as características dos materiais utilizados, o dimensionamento e a seqüência construtiva. Observa-se que a utilização de solos finos, com tipicamente 50% do peso passando na peneira 200 é indicada para a execução do aterro em solo reforçado, desde que seja feito um controle rigoroso da compactação e sejam previstos sistemas de drenagem eficientes. A utilização de blocos pré-fabricados intertravados em conjunto com geogrelhas permite uma execução rápida e um acabamento do paramento esteticamente agradável. 1. Introdução A utilização da técnica de solo reforçado vem crescendo no Brasil e no mundo na última década em decorrência do surgimento de produtos e processos que permitiram uma redução considerável no preço final das obras, além de permitir a sua execução com extrema rapidez e sem a necessidade de mão de obra especializada e equipamentos sofisticados. O surgimento de blocos de concreto pré-fabricados especiais para muros de solo reforçado permitiu a melhoria da qualidade nas obras e um melhor acabamento estético do paramento. Este trabalho apresenta um caso de obra onde foi executado um muro com 5,5 metros de altura em solo reforçado com paramento em blocos pré-fabricados intertravados para a recomposição de um aterro rodoviário rompido no litoral norte do estado do Rio de Janeiro. São apresentados o histórico da ruptura, a concepção da solução adotada, e os materiais e técnicas utilizadas na obra.
2. Histórico da Ruptura A implantação da rodovia foi feita em relevo bastante acidentado através da execução de cortes e aterros sem maiores controles de compactação e drenagem. Os aterros são lançados à meia encosta com inclinação típica de 30 a 35 o segundo o ângulo de atrito do solo na condição solta. A compactação geralmente se limita ao transito e espalhamento do solo com trator de esteira, resultando em taludes com inclinação de 1:1,5 (V:H). Em condições de pouca precipitação pluviométrica esses aterros são estáveis e apresentam resistência ao cisalhamento decorrente de fenômenos de sucção e coesão aparente. Durante períodos prolongados de chuvas os aterros sofrem saturação devido à infiltração direta da chuva no talude e à deficiência no sistema de drenagem superficial e tubos de drenagem que cruzam o aterro sob a via. A saturação resulta em perda de resistência e deformações que podem levar à pequenas deformações ou rupturas dos aterros. A figura 1 apresenta a área em estudo em planta com a posição do aterro rompido e a posição do muro implantado. Na figura 2 é apresentada uma seção transversal típica com a posição provável do lençol freático em quatro períodos da obra: A. Situação original antes da implantação da rodovia; B. Situação após a execução do aterro e prováveis fontes de infiltração d água e elevação do lençol freático no corpo do aterro; C. Situação após a ruptura do aterro e interrupção parcial da rodovia; D. Situação após a implantação do muro em solo reforçado. 40 45 50 40,00 40 55 45 RODOVIA 50 55 60 Figura 1 Área em estudo com a posição do muro em solo reforçado.
NA? a) Situação original NA? Infiltração b) Implantação da rodovia NA? c) Ruptura do aterro NA? d) Recomposição do aterro Figura 2 - Seção transversal típica em quatro períodos da obra.
3. Concepção da Solução De modo a recuperar o aterro rompido e reconstituir a via parcialmente interditada o projeto previu a remoção da parte rompida do aterro e a sua reutilização como material do aterro em solo reforçado. Esta concepção mostrou-se economicamente viável em função de não ser necessário o transporte do material escavado e nem a utilização de equipamentos especiais para a execução da obra. Em conjunto com o muro em solo reforçado foi previsto um sistema de drenagem na base e no tardoz do muro para evitar a saturação da massa de solo reforçado e a conseqüente perda de coesão devido à sucção. Também a drenagem superficial da área foi reconstruída e as saídas de drenagem da via foram desviadas para fora da área da obra. De modo a agilizar a execução do aterro reforçado e simultaneamente executar um paramento resistente e com acabamento final agradável foram utilizados blocos pré-fabricados intertravados com montagem a seco (sem argamassas ou concretos) simultânea à execução do aterro. 4. Materiais Utilizados 4.1 Solo para Aterro Reforçado Para o aterro em solo reforçado foi utilizado o próprio solo do local do escorregamento e de jazidas próximas. Na sua maioria são siltes argilosos com tipicamente 20 a 50% de material passando na peneira 200. No projeto previu-se um grau de compactação de 95% do ensaio Proctor normal. Ensaios de densidade em campo indicaram graus de compactação ligeiramente inferiores, variando entre 93% e 95%, decorrentes de dificuldades no controle de umidade durante a compactação. A Tabela 1 apresenta os resultados de ensaios de caracterização, compactação e Índice de Suporte Califórnia realizados no solo utilizado para o aterro. Granulometria # 2 # 1 #3/8 #4 #10 #40 #200 Limites LI LL IP Compactação w ot Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 98,3 96,7 88,5 62,1 47,4 40 26 14 97,0 94,5 85,3 49,0 19,8 39 30 9 98,6 92,5 55,0 24,7 γ max 17,02 kn/m 3 16,6 kn/m 3 17,07 kn/m 3 19,2 % 12,5 % 18,3 % CBR - 4,3 % 8,6 % Tabela 1 Ensaios de caracterização, compactação e CBR 40 27 13
A experiência internacional com obras em solo reforçado, notadamente a técnica de Terra Armada, sugere a necessidade da utilização de solos arenosos para a execução dos aterros. Já a experiência brasileira (Ehrlich et. Al. (1994), Reccius (1999), entre outros) tem demonstrado que a utilização de solos residuais com grande percentagem de finos (tipicamente 50% passando na peneira 200) são indicados para obras de solo reforçado, desde que devidamente compactados. Em princípio não existe uma curva granulométrica típica ou mínima para a utilização ou não de determinado solo para aterro em obras de solo reforçado, uma vez que, além da granulometria, a composição mineralógica influi muito no comportamento destes solos quando compactados. A diferença de comportamento entre soluções do tipo Terra Armada e solo reforçado com geogrelhas consiste no modo de transferência da carga do reforço para o solo na zona de ancoragem do reforço. Enquanto que nas tiras metálicas do sistema Terra Armada a transferência se dá somente por atrito longitudinal entre as tiras e o solo, nas geogrelhas a transferência ocorre tanto nas tiras longitudinais, quanto nas tiras transversais por atrito, e ainda por resistência passiva nas tiras transversais. 4.2 Reforço em Geogrelha Em função do processo construtivo e da ancoragem dos reforços nos blocos da face, o sistema utilizado exige a utilização de geogrelhas flexíveis com aberturas entre membros de tração aproximadamente iguais ou ligeiramente maiores que o diâmetro do material granular de preenchimento dos vazios dos blocos do paramento, geralmente composto por brita 1. Deste modo garante-se o travamento da geogrelha na brita e nos blocos. Para a obra foi utilizada a geogrelha Fortrac 35/20-20, com resistência à tração nominal de 35 kn/m. A geogrelha Fortrac é fabricada a partir de filamentos de poliéster de alto módulo e baixa fluência, permitindo que sejam utilizados fatores de redução de resistência menores que os indicados para materiais mais sujeitos à fenômenos de fluência. No dimensionamento foram utilizados os fatores de redução certificados pela BBA (British Board of Agrément, 1999) para a geogrelha Fortrac 35/20-20, considerando uma vida de projeto de 120 anos: FRfl: 1,67 (fluência - 120 anos) FR amb: 1,0 (degradação ambiental ph entre 4,1 e 8,9) FR dm: 1,1 (danos mecânicos de instalação: areia e solo argiloso) f: 1,3 (extrapolação de resultados para 120 anos) Dessa forma, foi considerada no dimensionamento uma resistência à tração de projeto equivalente a 14,7 kn/m. 4.3 Blocos Intertravados Foram utilizados blocos especiais (Terrae-F) para obras de solo reforçado fabricados em concreto estrutural com dimensões de 40x40x20 cm (largura, profundidade e altura) e peso de 25 kg. Os blocos possuem dois vazios para o preenchimento com material granular e terra vegetal, permitindo o plantio de vegetação. A utilização de blocos especiais pré-fabricados intertravados como ancoragem dos reforços e acabamento da face em obras de solo reforçado é bastante utilizada internacionalmente (Koerner, 1997, Bathurst, 1998), pois a técnica permite a execução dos aterros de forma mais rápida e com melhor controle de qualidade, além de resultar em obras com acabamento melhor. No Brasil a utilização de blocos especiais para este fim ainda é pequena devido ao mercado ainda restrito destes blocos, hoje limitado à região sudeste. Acredita-se que este mercado tende a se expandir nos próximos anos a nível nacional.
5. Dimensionamento 5.1 Equilíbrio Externo A partir de retro-análises da ruptura ocorrida no aterro foram estimados parâmetros de resistência ao cisalhamento típicos para a massa de solo. Na hipótese mais provável de ter ocorrido a quase saturação do aterro por infiltração de águas da chuva e deficiências na drenagem superficial, o talude teria fator de segurança próximo à 1,0 para coesão de 5 kpa e ângulo de atrito de 26 o. Na condição de não saturação do aterro o solo apresenta valores de coesão aparente superiores à 30 kpa, sendo o talude estável. Com os parâmetros retro-analisados um muro com altura de 5,5 m e base de 3,0 m, inclinação do paramento de 4:1 (V:H), nível d água na altura de 2,50 m e sobrecarga de 25 kn/m apresenta os seguintes fatores de segurança: Empuxo total: 86 kn/m Fator de segurança ao tombamento: 3,47 Fator de segurança ao deslizamento: 1,67 Tensão vertical máxima na base: 160 kn/m 2 5.2 Equilíbrio Interno O dimensionamento interno dos reforços e dos comprimentos de ancoragem foi feito a partir do método proposto por Leshchinsky e Boedeker (1989). Utilizando-se a geogrelha Fortrac 35/20-20 com fatores de redução indicados na seção 4.2 e fator de segurança igual a 1,5 para a obra foi calculado um sistema de reforços composto por 13 camadas de geogrelha com 3,5 m de comprimento e espaçamento de 0,40 m. Na figura 3 é apresentada a seção transversal típica do aterro reforçado com a posição dos reforços e dos sistemas de drenagem e fixação da geogrelha nos blocos. A drenagem junto ao paramento se dá naturalmente através dos materiais granulares e através das frestas entre os blocos, que são montados sem argamassas. meio-fio canaleta de drenagem Fortrac 35/20-20 brita areia Bloco Terrae-F 1 4 5,50 areia 0,40 3,50 concreto Figura 3 -Seção transversal típica do aterro reforçado
6. Seqüência Construtiva A execução do muro pode ser dividida em cinco etapas básicas e manutenção, conforme os itens a seguir: Etapa 1 - Preparação da Base e Abertura da Cava para a Primeira Linha de Blocos A base do muro é sempre horizontal e nivelada, normalmente o embutimento é de 10% da altura do muro, e nunca menor que 20 cm. No caso de terrenos inclinados no sentido longitudinal do muro, a base é escavada em patamares horizontais com degraus de 40 cm de modo que o muro acompanhe a inclinação do terreno. Após a preparação da base do muro, é escavada uma cava longitudinal ao muro para a instalação da primeira linha de blocos. Esta cava possui dimensões de 60 cm de largura por 45 cm de profundidade. Esta é cuidadosamente escavada de modo a ficar nivelada e acompanhando a topografia do terreno sempre em patamares de 40 cm. A primeira linha de blocos é assente diretamente sobre uma camada de 10 cm de concreto magro recém lançado, permitindo assim o perfeito alinhamento dos blocos. Etapa 2 - Colocação da Primeira Linha de Blocos e do Material Drenante No interior da cava é instalada a primeira linha de blocos, iniciando-se sempre pelo ponto mais baixo do muro. É importante salientar que o nivelamento de todo o muro depende de um perfeito alinhamento e nivelamento da primeira linha de blocos. Para tanto estes são posicionados com o auxílio de linhas niveladas com nível de mangueira e cada bloco é alinhado pelas linhas e nivelado individualmente com um nível de bolha comprido. Para muros construídos em curva os alinhamentos são feitos trechos retos menores, sempre nivelados com nível de mangueira e individualmente com nível de bolha. Uma vez instalada e nivelada a primeira linha de blocos, os vazios da parte de trás (junto ao talude) e uma camada de 15 cm entre o bloco e a parede da cava do lado do talude são preenchidos com brita 1. Estes materiais são cuidadosamente compactados com socador manual, sendo a posição e o nivelamento dos blocos conferidos após a compactação. Etapa 3 Colocação da Camada Drenante na base do Aterro Uma vez posicionada a linha de blocos é colocada uma tábua de 30 cm de largura paralela aos blocos e distante 15 cm destes. Esta tábua serve para que seja possível colocar os materiais drenantes dos blocos. Uma vez colocados estes materiais a tábua é retirada e os materiais compactados. Etapa 4 - Colocação da Primeira Camada de Reforço e Terceira Linha de Blocos Sobre a camada drenante da base do muro, é colocada a primeira camada de reforço. Os reforços em geogrelhas geralmente possuem uma direção mais resistente que a outra. É importante posicionar a direção mais resistente no sentido perpendicular à direção longitudinal do muro. A extremidade do reforço fica posicionada exatamente sobre a parede divisória dos blocos. No caso de muros em curva o reforço deve sempre ser perpendicular à face e recortado de modo que a extremidade fique sobre a parede divisória.
Posicionado o reforço, é instalada a linha de blocos sobre o reforço e colocada a tábua provisória para a colocação do material drenante nos vazios de trás dos blocos e entre a tábua e os blocos. Após a colocação deste material drenante o reforço é puxado na outra extremidade, junto ao talude, e preso com estacas de madeira, de modo a ter-se o reforço esticado quando for lançado o aterro sobre este. O material de aterro é espalhado e compactado com compactador mecânico ou manual. Etapa 5 - Colocação das Demais Camadas de Reforço e Blocos A colocação das demais camadas de reforço e de blocos segue com a mesma seqüência, seguindo-se os espaçamentos especificados no projeto. Deve-se tomar o cuidado de não utilizar compactadores pesados na região próxima à face do muro, pois esta compactação provoca desalinhamento dos blocos. Deve ser estabelecida uma faixa de segurança junto à face do muro onde a compactação deve ser feita com cuidado. Os vazios frontais são preenchidos com terra vegetal adubada para o plantio de vegetação. Manutenção A manutenção de muros executados em solo reforçado com blocos normalmente limita-se aos cuidados com a vegetação. A área acima e em torno do muro deve possuir uma drenagem superficial eficiente para evitar o surgimento de pontos de erosão que possam evoluir e causar o descalçamento de blocos. Da mesma maneira devem ser evitadas infiltrações superficiais acima do muro, principalmente em muros que suportam estradas. Figura 4 Aterro rompido após a escavação para a execução do muro.
Figura 5 Muro de contenção durante a execução. Figura 6 Detalhe da colocação da primeira linha de blocos
Figura 7 Detalhe da colocação da geogrelha. Figura 8 Detalhe da colocação dos blocos e material granular.
7. Conclusões O trabalho apresenta uma ruptura de um aterro rodoviário e a sua recuperação através de um muro em solo reforçado com geogrelhas e paramento em blocos pré-fabricados intertravados. A solução proposta mostra-se técnica e economicamente viável uma vez que utiliza o próprio solo do aterro rompido como material para o reaterro em solo reforçado. A utilização de solos com grande percentagem de material fino mostra-se adequada ao aterro reforçado desde que compactado convenientemente e com dispositivos de drenagem adequados para evitar a saturação do corpo do aterro. A execução do muro utilizando-se geogrelhas flexíveis de filamentos de poliéster ancorados em blocos pré-fabricados através de travamento com material granular permite uma rápida execução e um acabamento estético agradável à obra. O sistema dispensa a execução de envelopamento do solo e escoramentos provisórios durante a execução. 8. Bibliografia Bathurst,R.J. 1998. Full Scale Testing of Geosynthetic Reinforced Retaining Walls and Slopes. XI COBRAMSEG, Brasília. Volume IV (Pós-Congresso). pp. 45-64. BBA (British Board of Agrément) 1999. Fortrac Geogrids. Roads and Bridges Agrément Certificate No 99/R115. Ehrlich,M., Delle Vianna,A.J. e Fusaro,F. 1994. Comportamento de Um Muro de Solo Reforçado. X COBRAMSEG, Foz do Iguaçú. pp. 819-824. Leshchinsky,D. and Boedeker,R.H. 1989. Geosynthetic Reinforced Soil Structures. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE. Vol. 115, No. 10. pp. 1459-1478. Koerner,R. 1998. Design with Geosynthetics. Prentice Hall, 4 a Edição, New Jersey. Reccius,G. 1999. Muros de Contenção de Solo Reforçado com Geogrelhas e Paramento de Blocos Prefabricados. Geossintéticos 99. Rio de Janeiro. pp. 421-428.