REFORÇO DE ATERRO SOBRE SOLO MOLE COM GEOSSINTÉTICOS: COMPORTAMENTO AO LONGO DO TEMPO

Autor: Departamento Técnico – Atividade Bidim

DADOS GERAIS

Assunto

Reforço de aterro sobre solo mole com geossintéticos: Comportamento ao longo do tempo.

Autor

Sofia Júlia Alves Macedo 

Orientador

Mauricio Abramento

Instituição

Escola Politécnica da USP

Resumo

Este trabalho apresenta um estudo de estabilidade de aterros sobre solos moles reforça com geossintéticos considerando o efeito simultâneo do incremento de resistência ao cisalhamento não-drenada no solo mole devido ao adensamento e a redução da resistência do reforço devido à fluência, objetivando um dimensionamento otimizado. A pesquisa focou a evolução do fator de segurança global (devido à ruptura global do aterro) com o tempo, analisando alturas de aterros e valores de coeficientes de adensamento usuais, para uma dada distribuição de resistência não-drenada com a profundidade. Reforços de poliolefinas (PO) e poliéster (PET) foram considerar nas análises, através de Fatores de Redução (FR) estima a partir de curvas de resistência disponível (% T_max). Os resulta mostram que, para as condições analisadas, o reforço na base do aterro é necessário durante toda a vida útil da obra para que se satisfaça o valor mínimo de fator de segurança global. Dependendo do tipo de polímero, da altura do aterro e do coeficiente de adensamento, a condição crítica pode ocorrer em diferentes perío segui ao final da construção. Em particular, para uma combinação de reforço de poliolefina, aterros altos e baixos valores de coeficiente de adensamento, o fator de segurança pode sofrer um decréscimo para longos perío segui ao final da construção, demonstrando a necessidade de análise do comportamento de tais estruturas durante suas vidas úteis para que sempre se garanta um adequado nível segurança e economia quando de seus dimensionamentos.

Ano da Defesa

2003

Resumo Conceitual da Dissertação

1. Reforços geossintéticos são emprega com freqüência na solução da estabilidade de aterros sobre solos moles. Algumas obras são ilustradas nos e-Bidim# 71, 86, 87, 88, 110.

• Há duas categorias principais de reforços geossintéticos: aqueles fabrica com Poliéster (PET), que é o caso do geotêxtil Bidim, e aqueles fabrica com Poliolefinas (PO), (Polipropileno (PP) ou Polietileno de Alta Densidade (PEAD)).

• To os polímeros apresentam a peculiaridade da fluência, que é a redução da resistência à tração disponível com o tempo. Entretanto, PP/PEAD mostram uma redução mais drástica quando comparadas com o PET.

A explicação para este fenômeno está na cadeia polimérica materiais. As regiões cristalinas (cadeias alinhadas) são as responsáveis pela fluência. Quanto mais cristalino e menos amorfo, mais susceptível à fluência é o polímero. O PET tem uma baixa porcentagem de regiões cristalinas e, portanto, é menos susceptível à fluência.

Aterros executa sobre solos moles resultam num aumento de carga ao longo da profundidade do solo mole, o que leva ao fenômeno do adensamento (diminuição progressiva do índice de vazios do solo). Este fenômeno provoca um aumento da resistência do solo mole (S_u) com o tempo. Na figura abaixo são mostradas simultaneamente as curvas de fluência (T_d) e de aumento de S_u com o tempo (FC = Final da Construção e LP = Longo Prazo ou Operação).

Figura 3 Curvas Fluência (T_d) x tempo e Resistência não-drenada do solo (S_u) x tempo.

1. Um argumento falaz se resume no seguinte: como a resistência do solo mole S_u aumenta com o tempo, basta que o reforço instalado resista nos instantes iniciais do aterro. Assim, não importa o polímero, bastando que se disponha de resistência no período logo após o FC. A Figura 4, entretanto, mostra que o reforço pode ou não ser necessário durante toda a vida útil da obra.

Para estudar este comportamento foi considerada a configuração da Figura 5. O solo mole na base do aterro foi dividido em fatias (regiões) e o aumento de resistência devido ao aterro foi calculado com base na formulação apresentada no artigo anexo:

Figura 5 Parâmetros utiliza no estudo de comportamento do aterro sobre solo mole, incluindo elemento de reforço.

1. Resulta: A Figura 6 mostra um resultado típico para uma altura de aterro H=6m e outras propriedades indicadas. Neste caso o reforço é sempre necessário, seja no curto ou no longo prazo. Impondo-se FS=1,2 no término da construção e FS=1,5 no longo prazo, conclui-se que os reforços de PET atendem aos valores de FS para as duas situações (curva lilás), enquanto reforços de PP/PEAD não atendem aos valores de FS para o médio e longo prazo (curva azul).

Figura 6 Avaliação do comportamento de reforços para curto, médio e longo prazo.

1. Resulta-continuação: Para algumas combinações de parâmetros, como alturas de aterro elevadas (por exemplo, H=10m na figura abaixo) e valores de C_v (coeficientes de adensamento) reduzi, os valores de FS para reforços de PP/PEAD podem ser inferiores à unidade ao longo do tempo, mostrando possibilidade de ruptura do aterro após o término da construção (curva verde no gráfico da Figura 7)

Figura 7 Valores de FS para diferentes C_v, com e sem a utilização do elemento de reforço.

Conclusões

• A estabilidade de um aterro reforçado na base sobre solo mole deve ser analisada ao longo de toda a vida útil da obra, de modo a atender a níveis de segurança adequa ao término da construção, à fase de operação e ao fim da vida útil;

• Um aterro sobre solo mole pode requerer um reforço na base para as condições de término de construção, médio e longo prazos, mesmo considerando que o solo mole atinge elevado grau de adensamento;

• Se um reforço satisfaz o nível de segurança requerido para término de construção (curto prazo) não implica que na condição de longo prazo também seja atingido. Isto depende das propriedades do polímero do reforço, conforme apresentado neste trabalho;

• Embora a execução de aterros de maiores alturas resulte valores de resistência não drenada maiores após o processo de adensamento, os esforços necessários no reforço para o curto prazo atingem valores muito eleva para que se obtenha FS=1,2 no término de construção. Para alturas maiores de aterro e principalmente para os reforços de poliolefinas, os fatores de segurança atingem valores reduzi, próximos ao limite da estabilidade (isto é, FS=1,0) para maiores intervalos de tempo decorri após o final da construção;

• Para os reforços de poliolefinas, quanto maior a altura do aterro e menor o coeficiente de adensamento do solo mole, mais crítica a condição de estabilidade.