Apostila Dimensionamento Solo Reforçado.pdf

CONTENÇÕES REFORÇO DE SOLOS MOLES CONTROLE DE EROSÃO REFORÇO DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS OBRAS HIDRÁULICAS 





Dimensionamento de Solo Reforçado

Princípios gerais de reforço de solos ESTRUTURAS DE SOLO REFORÇADO

A) Estrutura reforçada externamente Tirante Face (gabiões, muros de concreto)

Bloco de ancoragem

Superfície hipotética de ruptura DESEMPENHO DEPENDE DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS : FACE, TIRANTE, BLOCO DE ANCORAGEM

1

Princípios gerais de reforço de solos B) Estrutura reforçada internamente C

D Solo compactado

Reforço (Fitas metálicas, geotêxteis, geogrelhas, barras de aço, etc.)

A

B

Face exposta ou revestida

Bloco ABCD - Zona reforçada reforçada

DESEMPENHO DEPENDE DAS INCLUSÕES E DE SUAS INTERAÇÕES COM O SOLO.

Princípios gerais de reforço de solos Concreto armado



~

Solo reforçado



Solicitação Viga Armaduras

Aderência

Atrito e/ou Resistência Passiva

Princípios gerais de reforço de solos •

TIPOS DE INCLUSÕES:

•

LINEARES: fitas, barras, etc.;

•

PLANAS: mantas, grelhas, compostos, etc.;

•

TRIDIMENSIONAIS: fibras ( curtas e contínuas)

2

Princípios gerais de reforço de solos B) Estrutura reforçada internamente C

D Solo compactado

Reforço (Fitas metálicas, geotêxteis, geogrelhas, barras de aço, etc.)

A

B

Face exposta ou revestida

Bloco ABCD - Zona reforçada reforçada

DESEMPENHO DEPENDE DAS INCLUSÕES E DE SUAS INTERAÇÕES COM O SOLO.

Princípios gerais de reforço de solos Concreto armado



~

Solo reforçado



Solicitação Viga Armaduras

Aderência

Atrito e/ou Resistência Passiva

Princípios gerais de reforço de solos •

TIPOS DE INCLUSÕES:

•

LINEARES: fitas, barras, etc.;

•

PLANAS: mantas, grelhas, compostos, etc.;

•

TRIDIMENSIONAIS: fibras ( curtas e contínuas)

2

Comparação entre sistemas Geometria do Talude

Tipo de Reforço

0°

F i t a

30°

Mecan Transf

Solo Recomendado

60° 9 0° 0° Argila Silte

Areia

Pedr

Atrito

RP

x

Nervurada

M

N.M

Extens

Ext

x

x

Lisa

Material Reforço

X

Manta

x

x

x

x

Barra Fibra Grampo

Solo in situ

Estacas

Solo in situ

x

Terra Armada

x

Terra Reforçada

x x x

x

x x x

x

x Grelha

Nome

Inex

x x x

x

x x x

x

x

x

Geogrelha Geogrelha

x x

Geotêxteis Terra Ancorada

x

Solo Grampeado

x

Microestacas

Princípios gerais de reforço de solos

Princípios gerais de reforço de solos Vantagens do solo reforçado :

•

Aplicável a taludes de aterro e de solo natural Acabamento da face a critério do cliente Uso de equipamentos convencionais convencionais Mão de obra especializada em construção de aterros

•

Métodos de cálculo

•

VANTAGEM VANTAGEM ECÔNOMICA ~ 30 - 50%

•

•

•

Redução da distância de transporte

Menor tempo de construção

3

Princípios gerais de reforço de solos 

Comportamento dos solos reforçados em laboratório s1

s3

s1-s3

Posição inicial s3

s1

s3

s3

s1

s1

reforçado

s1

Posição inicial

Posição inicial

s3

s3

s1 s1

reforçado s/ reforço

e

s/ reforço

s3



4

Princípios gerais de reforço de solos MECÂNISMOS DO REFORÇO

Mecanismo de transferência de tensão 

Interação solo - reforço sv

a) Atrito (sentido longitudinal do reforço) sv

t

T

T2

T1 dL

Esquema geral

Equilíbrio: seção genérica

Mecanismo de transferência de tensão 

Interação solo - reforço b) Resistência passiva (superfície do reforço normal ao movimento relativo solo-reforço) Atrito

Resistência passiva

Arrancamento

Atrito

Arrancamento

Resistência passiva

5

Princípios gerais de reforço de solos Métodos de dimensionamento baseados nas Teorias de Coulomb e Rankine 

W H

0

0

1 2

1 2

ST b

R

sv

i-1 i

f

Sv

q

(a) Condição limite

(b) Condição em serviço


Mecanismo cinematicamente possíveis

Superfície Bilinear Espiral Logarítima


Mecanismos de ruptura

A. Para inclusões inextensíveis

Espiral Logarítima Estado K 0 Reforço inextensível

6

Princípios gerais de reforço de solos Mecanismos de ruptura



A1. Mecanismo adotado para a Terra Armada (apud Mckittrick,1978) 0,3 H

Li

H/2

La

H Arc tg 0,6

La

H/2

0,5 a 0,7 H


Mecanismos de ruptura

B. Para inclusões extensíveis

Li

La Estado ativo

geossintético

Rankine

45+f /2


Definição do ponto de T MáX (Schlosser & Long, 1974)

Lugar geométrico de Tmáx Cunha de Rankine

1 Zona ativa

t 1

t 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 Zona resistente

La

T3 Tmáx 0

L

T7 Tmáx 0

L

7

Espaçamento vertical entre camadas •

Estudos mostram que o Sv ideal é de até 40cm: •

Soong e Koerner (1997), Broms (1997), Adams (1997), Wu (2001), Vulova e Leshchinsky (2003), Elton e Patawaran (2005), Adams et al. (2007), Ziegler et al. (2008), Pham (2009), Wu et al. (2013) e Wu e Ooi (2015)

•

Sv ≤ 40cm: •

•

•

•

•

•

Controle de deslocamentos de face e recalques Aumento da segurança Redução de solicitação no reforço Impossibilita ruptura interna Cunha global não intercepta o aterro reforçado Melhor controle das camadas de compactação


Exemplo 1: Ziegler et al. (2008)


Exemplo 2: Pham (2009)

8

Propriedades Relevantes

Propriedades Relevantes •

Resistência à Tração de Longo Prazo (Td ou Tadm)

Resistência à tração nominal ou característivca (Tn ou Tchar) Fatores de redução por fluência e danos de instalação

Propriedades Relevantes •

Resistência à Tração de Longo Prazo (Td ou Tadm)

Resistência à tração nominal ou característivca (Tn ou Tchar) Fatores de redução por fluência e danos de instalação

•

Peso molecular (MW) > 25.000 mmol/kg

•

Grupo Carboxílicos Finais(CEG) < 30 g/mol

QUALIDADE DO POLÍMERO

9

Propriedades Relevantes Controle das propriedades do material recebido (ensaios)

•

•

Tração com resistência e deformação última •

ASTM D 6637 – método A ou B

•

ABNT NBR 12824

Certificado dos ensaios de qualidade do polímero

Dimensionamento 

Modelos de comportamento e mecanismos de ruptura interna Mecanismo de Ruptura

Deslizamento do reforço

Baixa tensão de confinamento

Ruptura do reforço

Alta tensão de confinamento

Dimensionamento Análises de estabilidade 

Externa   

Deslizamento Tombamento Capacidade de carga da fundação

10


Externa   



Externa   



CUNHA ATIVA


Interna  

Ruptura Arrancamento CUNHA PASSIVA


Externa   



Interna  




Ruptura Arrancamento

Global

11

Dimensionamento Determinação do empuxo e parâmetros empregados

Dimensionamento Estabilidade Externa Deslizamento •

Dimensionamento Estabilidade Externa Tombamento •

12

Dimensionamento Estabilidade Externa Capacidade de carga da fundação •

Dimensionamento Estabilidade Interna

Dimensionamento Estabilidade Interna Resistência do reforço •

–

Resistência admissível ou de projeto (Tadm ou Td)

Tadm = Tn/FRT –

–

–

–

–

–

–

FRT = FRF . FRPDI . FRPD . FRP AQ . FRinc

Tult ou Tn = resistência última ou nominal do produto, dado pelo fabricante FRT = fator de redução total FRdi = danos de instalação FRf = fluência FRd = danos químicos FRaq = danos biológicos FRinc = incertezas

13

Dimensionamento Estabilidade Interna Resistência do reforço •

Dimensionamento Estabilidade Interna Ruptura (FS > 1,0) •

Dimensionamento Estabilidade Interna Arrancamento (FS > 1,5) •

14

Dimensionamento Estabilidade Global

Dimensionamento Parâmetros geométricos preliminares - Lreforço

Dimensionamento Parâmetros geométricos preliminares - Embutimento Talude do terreno no pé da estrutura, s=

0

s=

0

s = 18º (cot

s=

3/1)

s = 27º (cot

s=

2/1)

s = 34º (cot

s=

3/2)

Muros Encontros Muros Muros Muros

s

Embutimento mínimo Dm, m

H/20 H/10 H/10 H/7 H/5

15

Exemplo de Cálculo

Exemplo de Cálculo

Exemplo de Cálculo – 0 a 3m 1) Empuxo

16

Exemplo de Cálculo 1) Empuxo Sobrecarga -

E1 = (Ka x q) x H

-

E1 = 0,36 x 20,0 x 3,00 = 21,6kN/m

-

B1 = H/2

-

B1 = 3,0 / 2 = 1,50m

Exemplo de Cálculo 1) Empuxo Sobrecarga -

E1 = (Ka x q) x H

-

E1 = 0,36 x 20,0 x 3,00 = 21,6kN/m

-

B1 = H/2

-

B1 = 3,0 / 2 = 1,50m

Empuxo do Solo

-

E2

k    H   H / 2

-

E2

19,4  3,0 / 2  29,2kN/m

-

B2

=

=

=

- B2

=

a

H/3 3,0 / 3 = 1,0m

Exemplo de Cálculo 1) Empuxo Coesão

Sobrecarga -

E1 = (Ka x q) x H

-

C1 = (2 x c x √ Ka) x H

-

E1 = 0,36 x 20,0 x 3,00 = 21,6kN/m

-

E1 = (2 x 6,0 x √ 0,36) x 3,0 = 21,6kN/m

-

B1 = H/2

-

B1 = H/2

-

B1 = 3,0 / 2 = 1,50m

-

B1 = 3,0 / 2 = 1,50m

Empuxo do Solo

-

E2

k    H   H / 2

-

E2

19,4  3,0 / 2  29,2kN/m

-

B2

=

=

=

- B2

=

a

H/3 3,0 / 3 = 1,0m

17

Exemplo de Cálculo 1) Empuxo Coesão

Sobrecarga -

E1 = (Ka x q) x H

-

C1 = (2 x c x √ Ka) x H

-

E1 = 0,36 x 20,0 x 3,00 = 21,6kN/m

-

E1 = (2 x 6,0 x √ 0,36) x 3,0 = 21,6kN/m

-

B1 = H/2

-

B1 = H/2

-

B1 = 3,0 / 2 = 1,50m

-

B1 = 3,0 / 2 = 1,50m

Empuxo Total

Empuxo do Solo

-

E2

k    H   H / 2

-

E2

19,4  3,0 / 2  29,2kN/m

-

B2

=

=

=

- B2

=

a

-

E = E1 + E2 – C1

-

E = 21,6 kN/m + 2 9,2 kN/m – 21,6 kN/m

E 1  B1 -

H/3

B=

3,0 / 3 = 1,0m

→

E = 29,3 kN/m

 E 2  B2  C 1  B3

E 1  E 2

 C 1

21,6  1,50  29, 2  1,0  21,6  1,50 -

B=

21,6  29,2  21,6

→

B = 1,0m

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.1) Deslizamento

Considerando Lref = 0,7H = 2,1m

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.1) Deslizamento


FSd = 18x3,3x2,1xtg28°/ 29,3 FSd = 2,2 > 1,5 - OK!

18

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.2) Tombamento


Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.2) Tombamento


FSt = 18x3,3x2,1x1,05 / 29,3x1 FSt = 124,7x1,05 / 29,3 FSt = 4,5 > 1,5 - OK!

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.3) Capacidade de carga da fundação

19

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.3) Capacidade de carga da fundação a) Determinação da excentricidade

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.3) Capacidade de carga da fundação a) Determinação da excentricidade e = W/E.y e = 1124,7 / 29,3x1 = 0,23

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.3) Capacidade de carga da fundação a) Determinação da excentricidade e = W/E.y e = 1124,7 / 29,3x1 = 0,23 Lref/6 = 2,1 / 6 = 0,35 > e - OK

20

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.3) Capacidade de carga da fundação b) Tensão máxima na base

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.3) Capacidade de carga da fundação b) Tensão máxima na base s = (W+Q)/(Lref – 2.e) s = 124,7+20x2,1 / (2,1-2x0,23) s = 101,7kPa

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.3) Capacidade de carga da fundação b) Tensão máxima na base s = (W+Q)/(Lref – 2.e) s = 124,7+20x2,1 / (2,1-2x0,23) s = 101,7kPa c) Capacidade de carga qmax = 6x26+0,3x18x15+0,5x18x(2,1-2x0,23)x17 qmax = 478kPa

21

Exemplo de Cálculo 2) Estabilidade externa 2.3) Capacidade de carga da fundação b) Tensão máxima na base s = (W+Q)/(Lref – 2.e) s = 124,7+20x2,1 / (2,1-2x0,23) s = 101,7kPa c) Capacidade de carga qmax = 6x26+0,3x18x15+0,5x18x(2,1-2x0,23)x17 qmax = 478kPa d) FS = 478/101,7 = 4,7

- OK!

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.1) Espaçamento vertical das camadas (Sv)

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.1) Espaçamento vertical das camadas (Sv)

Sv = 40cm ou 0,40m

22

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.1) Espaçamento vertical das camadas (Sv = 0,40)

7 6 5 4 3 0,40

2 1

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.2) Resistência de projeto Td ou Tadm


•

FRdi = 1,07 FRf = 1,51 FRdq = 0,0 FRdb = 0,0 FRinc = 1,05

•

FRtotal = 1,70

•

•

•

•

23


•

FRdi = 1,07 FRf = 1,51 FRdq = 0,0 FRdb = 0,0 FRinc = 1,05

•

FRtotal = 1,70

•

•

•

•

•

•

Td = 40/1,7 e 60/1,7 Td = 23kN/m e 35kN/m

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Ruptura do reforço Camada 2 7 6

z

5 4 3 0,40

2 1

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Ruptura do reforço Camada 2 a) Tensão vertical sv = .z2 + q = 18x(3,3-0,4) + 20 = 72kPa

7 6

z

5 4 3 0,40

2 1

24

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Ruptura do reforço Camada 2 a) Tensão vertical sv = .z2 + q = 18x(3,3-0,4) + 20 = 72kPa b) Tensão horizontal sh = Ka.sv –2.C. √Ka= 0,36x72 - 2x6x√0,36 = 19kPa

7 6

z

5 4 3 0,40

2 1


7 6

z

5 4

c) Solicitação no reforço (força horizontal) Fh = Sv.sh = 0,4x19 = 8kN/m

3 0,40

2 1


7 6

z

5 4

c) Solicitação no reforço (força horizontal) Fh = Sv.sh = 0,4x19 = 8kN/m d) FS ruptura FSr = Td / Fh = 23/8 = 2 ,9

3 SGi 40 2

0,40

1

- OK

25

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Ruptura do reforço Processo repetido para as outras camadas SGi 40 7 SGi 40 6

z

SGi 40 5 SGi 40 4 SGi 40 3 SGi 40 2

0,40

SGi 40 1

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Arrancamento do reforço - Camada 2

SGi 40 7

z

0,40

SGi 40 6 SGi 40 5 SGi 40 4 SGi 40 3 SGi 40 2 SGi 40 1 2,10

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Arrancamento do reforço - Camada 2 a) Cunha de Rankine a = 45° + f/2 = 45°+28°/2 = 59°

SGi 40 7

z

0,40

SGi 40 6 SGi 40 5 SGi 40 4 SGi 40 3 SGi 40 2

59°

SGi 40 1 2,10

26

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Arrancamento do reforço - Camada 2 a) Cunha de Rankine a = 45° + f/2 = 45°+28°/2 = 59° b) Comprimento livre Lr = (3-2,9)x(tg45°-28°/2) = 0,06m SGi 40 7

z

0,40


59°

SGi 40 1 2,10

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Arrancamento do reforço - Camada 2 a) Cunha de Rankine a = 45° + f/2 = 45°+28°/2 = 59° b) Comprimento livre Lr = (3-2,9)x(tg45°-28°/2) = 0,06m c) Solicitação no reforço (força horizontal) Fh = Sv.sh = 0,4x19 = 8kN/m

SGi 40 7

z

0,40


59°

SGi 40 1 2,10

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Arrancamento do reforço - Camada 2 a) Cunha de Rankine a = 45° + f/2 = 45°+28°/2 = 59° b) Comprimento livre Lr = (3-2,9)x(tg45°-28°/2) = 0,06m c) Solicitação no reforço (força horizontal) Fh = Sv.sh = 0,4x19 = 8kN/m d) Comprimento ancorado Le = Ltotal – Lr = 2,1 –0,06 = 2m

SGi 40 7

z

0,40


59°

SGi 40 1 2,10

27


SGi 40 7

z

d) Comprimento ancorado Le = Ltotal – Lr = 2,1 –0,06 = 2m

0,40

SGi 40 6 SGi 40 5 SGi 40 4

e) Resistência ao arrancamento Fa = 2(c+.z2.tgf) = 2(6+18x2,9xtg28°) = 68kN/m

SGi 40 3 SGi 40 2

59°

SGi 40 1 2,10


SGi 40 7

z

d) Comprimento ancorado Le = Ltotal – Lr = 2,1 –0,06 = 2m

0,40

SGi 40 6 SGi 40 5 SGi 40 4

e) Resistência ao arrancamento Fa = 2(c+.z2.tgf) = 2(6+18x2,9xtg28°) = 68kN/m

SGi 40 3 SGi 40 2

59°

f ) FS arrancamento FSa = Fa/ Fh= 68 / 8 = 8,5

SGi 40 1

- OK! 2,10

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna 3.3) Arrancamento do reforço - Camada 2

Processo repetido para as outras camadas SGi40 7

z

0,40

SGi40 6 SGi40 5 SGi40 4 SGi40 3 SGi40 2

59°

SGi40 1 2,10

28

Exemplo de Cálculo 3) Estabilidade interna - Planilha de cálculo

COM COESÃO Espaçament h muro Camadas o vertical, (m) Sv (m) 0 1 2 3 4 5 6 7

0 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8

Lref. (m)

Llivre (m)

2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1

0,0 0,2 0,5 0,7 1,0 1,2 1,4 1,7

Tensão Lancor vertical, (m) sv (kPa) 2,1 1,9 1,6 1,4 1,1 0,9 0,7 0,4

54 46,8 39,6 32,4 25,2 18 10,8 3,6

Tensão horizontal, sh (kPa)

Força horizontal, Fh (kN/m)

12,3 9,7 7,1 4,5 1,9 -0,7 -3,3 -5,9

0,00 3,88 2,84 1,80 0,76 -0,28 -1,32 -2,36

Fator de Segurança

Geossintético a utilizar: Ruptura , Arrancament

SGi40 SGi40 SGi40 SGi40 SGi40 SGi40 SGi40 SGi40

FSr >1,0

o, FSa >1,5

3,3 4,5 7,1 16,8 44,7 9,6 5,4

17,2 17,3 19,0 29,0 43,6 4,1 0,5

Exemplo de Cálculo 4) Estabilidade global 4.1) Software Ex: Slide v5.0 (Rocscience ), Slope/W, etc

Exemplo de Cálculo 4) Estabilidade global 4.1) Software Ex: Slide v5.0 (Rocscience ), Slope/W, etc

29

Exemplo de Cálculo

Exemplo de Cálculo

Controle de Qualidade Aterro compactado  Proctor Normal   

GC > 95% a 98% Desvio do teor de umidade: -2 a +1% da umidade ótima Camadas de no máximo 25cm de espessura

Reforços  Ensaios de recebimento  Dano de instalação  Interação solo- reforço

30

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