ACESSÓRIOS E SISTEMAS PARA ESTRUTURAS DE ARRIMO, INCLUSÕES, DRENOS E CANAIS

Marco Antônio de Morais Alcantara

#Geotêxtil  #Gabiões  #ReforçoDeSolos

Esta postagem tem por finalidade apresentar algumas ilustrações referentes à alguns tipos de soluções para obras de infraestrutura urbana. De modo geral, são acessórios simples, que podem ser concebidos como sistemas capazes de fornecer as condições favoráveis, requeridas para a funcionalidade e a estabilidade no meio físico, através das construções urbanas. Esta apresentação se limita à concepção dos sistemas, abstendo-se no presente de apresentar os elementos de cálculo ou de projetos, em razão da grande abrangência do tema.

Estruturas de sustentação, e proteção de solos

As estruturas de arrimo são normalmente utilizadas para dar sustentação ou contenção em obras de terra ou em maciços, particularmente quando existe o risco de instabilidade, como, nos casos de aterros e de taludes.

Quando consideradas as contingências dos solos do ponto de vista estrutural, normalmente entram em jogo os esforços ativos que movimentam uma grande quantidade de massa, podendo, também, ainda ser tomados em consideração os efeitos dos processos de erosão, tanto a erosão superficial como a erosão interna. Estes contribuem para a formação de vazios, perca de sustentação e desestabilização da massa, conduzindo a ruptura. Este tipo de ruptura se dá sem aviso prévio.

Como sub entendido, o desempenho de um elemento de contenção está associado aos fatores relativos a drenagem ou permissividade a passagem de fluidos. No caso de ser permeável, pode-se considerar a existência de um sistema de seletividade, ou filtro, de modo a reter sólidos e de evitar a erosão regressiva.

Sistemas de gabiões

Gabiões são estruturas compostas à base de pedras naturais, confinadas em um aparato à base de arame ou polímero. Este tipo de concepção, apesar de ser bastante simples, e altamente eficaz, implica em grandes possibilidades de se tirar partido, como será apresentado.

Primeiramente deve se considerar que esta estrutura atua como estrutura de gravidade, pela ação do peso próprio (Figura 1). Este sistema dispensa o uso de fundações. A sua flexibilidade permite a acomodação no terreno, bem como, de se ajustar às pressões laterais. O conjunto é permeável, e desta forma, ele permite o alívio das pressões hidrostáticas nos maciços.

Figura 1: Gabião e a sua concepção

Os sistemas “gabiões-filtro drenante” são associações entre este sistema de gravidade, flexível e permeável e as membranas permeáveis filtrantes, constituídas normalmente à base de geotextil; utilizados normalmente nas obras de contenção de encostas (Figura 2). 

Este sistema permite, além do alívio das pressões hidrostáticas nos maciços, a filtração e a retenção de partículas sólidas, de maneira a poder prevenir quanto ao fenômeno da erosão regressiva e o efeito "piping" nos taludes.

Figura 2: Gabião e a proteção de encosta

Nos casos sob pontes (Figura 3), o conjunto de gabiões instalados adjacentes às margens pode conter o fenômeno da erosão fluvial, provocado particularmente pelo aumento da velocidade da água pelo possível estreitamento do curso d'água.

Figura 3: Gabião e a proteção de margens de cursos d'água sob pontes

No caso das canalizações (Figura 4), as mantas filtrantes podem estar presentes de modo a proteger as margens do canal do efeito “piping” ou a erosão regressiva, retendo os sólidos, e ainda, esta solução não impede a troca do curso d’água com o lençol.

Figura 4: Gabião e a proteção de margens de cursos d'água em canalizações

Outra aplicação muito frequente para o uso de gabiões é em obras de contenção do avanço marítimo em regiões costeiras (Figura 5).

As condições de inércia peculiares aos gabiões permitem que estes suportem a energia das ondas marítimas, bem como, se opondo a ele, resguardar do processo do seu avanço, promovendo o confinamento do solo com o seu peso próprio, e dificultando a ação erosiva do movimento das águas marítimas. 
 

Figura 5: Gabião e a proteção contra o avanço marítimo

Inclusões e reforço de solos

As inclusões são elementos que, quando inseridos ao solo, podem criar juntamente com este o "comportamento de estrutura", interferindo de modo favorável no comportamento geotécnico e na estabilidade do conjunto.

De modo geral são utilizados como elementos do tipo inclusão as mantas (Figura 6a), grelhas (Figuras 6b) ou "pregos (Figura 6c)" de grandes dimensões, para os casos de aterros e de taludes.

Figura 6: Acessórios para a composição de sistemas de solos estabilizados 

O conjunto consiste em uma superposição no aterro do solo seguido pela manta, ou pela grelha, consecutivamente, de modo a se constituir um compósito (Figura 7), ou, pelo maciço dotados dos "pregos" inseridos em posições estratégicas e com inclinações particulares (Figura 8). Este sistema é conhecido originalmente como "soil-nailing" (solo-pregado).

 

Figura 7: Sistemas de terra armada com geotêxtil ou grelha 

Figura  8: Sistemas de terra armada com "pregos" 

No caso de mantas, grelhas, e pregos, existe o efeito de aderência entre o solo e o elemento, de modo a se criar tensões e o efeito de estrutura, criando solidarização entre os materiais, o qual induz a alterações na geometria e nas dimensões da cunha ativa (Figura 9), tornando a estrutura mais estável. Neste sentido participam também as condições de confinamento às quais o elemento é submetido, de modo que as tensões sejam mais atuantes (Figura 10).

Figura 9: interação entre solo e inclusão de modo a se modificar a dimensão da cunha ativa

Figura 10: Interação entre solo e inclusão de grelhas 

Os materiais utilizados como acessórios tipo inclusão devem apresentar resistência mecânica à tração, e ao rasgamento, e ter superfície favorável de modo a desenvolver as tensões de aderência com o solo, com base nos mecanismos apresentados. O comportamento solidário deve ser de modo que a inclusão não "escorregue". Devem ser duráveis. No caso de mantas estas podem ser à base de polímero ou de geotextil, e para os casos de grelhas, estas devem ser à base de polímero ou de material metálico inoxidável. 

Ainda para o caso de mantas é possível a utilização destas nos reforços de solos moles, criando-se estabilidade pela interação e efeito de estrutura criada entre o aterro e a manta (Figura 11).

Figura 11: Influência das inclusões em aterro sobre solos moles com a inclusão de manta

Normalmente quando se considera a estabilidade de taludes podem ser citados os aspectos técnicos relativos aos tipos de solos, tais como a coesão interna e ângulo de atrito, os quais definem a geometria do talude, o ângulo de inclinação, e a distancia final da saia do aterro. Também, a amplitude de altura de corte ou de aterro pode influenciar na estabilidade.

Observando-se do ponto de vista do aproveitamento do espaço, os fatores geométricos das obras de terraplenagem e de escavação implicam na definição do espaço disponível para a utilização, podendo haver ainda limitações pelas faixas de domínio das rodovias e dos cursos d’água. Neste sentido os solos estabilizados com o uso de inclusões podem trazer alguns benefícios quanto aos aspectos citados.

Desta forma, pode adotar inclinações maiores para os taludes, e viabilizar a questão relativa à limitação do espaço (Figura 12). 

Figura 12: Potencialidades da utilização de mantas e a adoção de maiores ângulos de talude.

Para os casos de melhorias das condições geotécnicas de terrenos são utilizadas estacas, drenos, e colunas de solo-cal ou de solo-cimento; estas são produzidas por meio do sistema "jet-grouting". O sistema jet-grouting consiste na injeção sob pressão de uma nata de cal ou de cimento na massa da camada do solo, de modo que esta penetre no seu interior interferindo na estrutura do solo e formando um elemento com a forma de uma coluna após a cura (Figura 13). 

Figura 13: Fabricação de inclusão tipo coluna Solo-Cal por meio do sistema Jet-Grouting

Os sistemas de estacas, drenos, ou colunas atuam de modo a se promover melhorias das propriedades geotécnicas, particularmente de modo a favorecer o adensamento da área, ou de interferir nos parâmetros de resistência ao cisalhamento. Ainda, este sistema pode auxiliar na estabilidade das paredes quando em escavações (Figura 14).

Figura 14: Utilização de inclusão tipo coluna Solo-Cal para estabilidade de paredes em escavação

Canais

As canalizações têm por fim promover a melhor condição de vazão transportada em um curso d’água, por meio das melhorias na superfície de escoamento e na regularização do fundo do canal, desta forma também evitando a deposição de material por sedimentação em razão das variações de velocidade da água e das mudanças de direção. Também, as canalizações vêm a proteger as margens dos cursos d’água do processo de erosão fluvial, a qual é decorrente das variações de vazão e de velocidade da água transportada. Como varáveis importantes para as canalizações têm-se a declividade longitudinal, a seção transversal do canal, mas sobretudo, o raio hidráulico, que expressa a relação entre o perímetro molhado da seção pelo valor da área da seção (Figura 15).

Figura 15: Canalizações

Drenos

Os drenos têm por finalidade coletar e conduzir a água de percolação presente em um determinado sistema para o exterior, de modo a resguardar o elemento construtivo ou o maciço. Podem ser os casos de taludes e de pavimentos, de onde a água drenada do interior do elemento será então conduzida, de modo a não causar danos ao elemento, por se comportar de maneira aleatória. Os meios drenantes podem ser à base de materiais granulares, selecionados quanto à granulometria, ou pode ser do tipo de mantas filtrantes, e podem ainda ser feitos a partir da associação de ambos como já apresentados (Figura 16).

Figura 16: Proteção de via e de talude com auxílio de membrana e dreno

Com o uso de sistemas drenantes pode se alcançar o disciplinamento das águas então conduzidas, e com um sistema de filtragem pode-se evitar a erosão regressiva. 

Elementos acessórios em sistemas de proteção, reforço, e de pavimento

 Os sistemas apresentados com utilização de mantas podem ser compreendidos como elementos acessórios do tipo filtrantes, que exercem a função de filtros, ou também como elementos que exercem a função de camadas separadoras. 

As camadas separadoras são utilizadas em obras de reforço de solos moles por auxílio da estabilização granulométrica, de modo a impedir a segregação dos materiais granulares (Figura 17).

Figura 17: Membrana utilizada como camada separadora