Aplicação de solo grampeado verde em taludes ferroviários

Obras da Progeo - Acervo Próprio LAN

Uma maneira eficiente de recuperação de taludes ferroviários e rodoviários após abertura de novos traçados não só ajudando a recuperação ambiental do talude bem como garantindo a estabilidade e o aumento do fator de segurança e protegendo o talude das ações naturais da natureza, sol e chuva.

Vista panorâmica superior da obra

Solo grampeado verde é uma técnica de melhoria de solos, que permite a contenção de taludes naturais e de corte, por meio da execução de inserção de chumbadores em malha quadrada ou pé de galinha com comprimentos e diâmetros previamente calculados no projeto geológico-geotécnico no talude, após uma investigação detalhada feita através de uma campanha de sondagem mista para conhecimento do solo e estudo através de modernos programa computacionais de estabilidade de taludes que definem o comprimento e o diâmetro dos grampos bem com o espaçamento da malha dos chumbadores, melhorando o fator de segurança do talude agregando um revestimento natural seja bioengenharia ou revegetação da face do talude com biomantas, não esquecendo de uma importante obra de drenagem, canaletas de contorno e escadas d´água vitais para o sucesso do empreendimento.

Trabalho com cesto suspenso para execução da obra

A técnica é utilizada na contenção de taludes de escavação e de taludes naturais. Os taludes gerados por escavação são eficientemente contidos através desta técnica.

COMO A TÉCNICA FUNCIONA :

Os taludes naturais podem ser contidos através da técnica de solo grampeado verde, antes ou depois de serem afetados por desastres naturais como tempestades e desmoronamentos e ate mesmo para recuperação de áreas degradadas após implantação de obras rodoviárias e ferroviárias onde se modificam o grau de estabilidade dos cortes, tendo a nova geometria do corte receber este tipo de tratamento para se tornar mais estável com os fatures de seguraça que a norma oferece, sendo que estes taludes passa a se tornar instáveis e passíveis de rupturas e risco seja para transito de pessoas e para danos a propriedades.

Solo grampeado verde

A aplicação do solo grampeado verde é extensa desde a contenção de emboques de túneis, taludes rodo-ferroviários, residenciais, industrias e em qualquer local onde se precise de uma contenção eficiente e mais natural perante ao meio ambiente e na recuperação de área degradas.

Agora que entendemos qual a necessidade de uma contenção em solo grampeado verde iremos descrever mais sobre como o serviço é executado.

O que é necessário para uma obra de solo grampeado verde ?

1) Topografia do local;

2) Campanha de sondagem para determinar o perfil geológico e geotécnico;

3)  Contratação de empresa especializada para elaboração do projeto;

4) Execução da obra de posse do projeto de contenção onde engenheiros e técnicos especializados iram materializar o projeto, preservando o seu entorno e reduzindo os impactos ambientais e agregando maior fator de segurança e estabilidade do talude.

Utilização de biomantas específicas podem ser utilizadas dependendo da inclinação, da região, clima e tipo de solo.

A técnica de contenção em solo grampeado verde consiste principalmente em executar perfurações no solo para instalação de barras de aço, os chumbadores ou grampos, dotados de mangueiras especiais de injeção, com placas metálicas onde o chumbador geralmente e torqueado. 

As injeções de calda de cimento sob pressão vêm em seguida, e são feitas de forma setorizada, melhorando as condições geológicas do terreno e transformando-o em um muro de peso. O terreno que você quer conter será modificado para melhor com esta contenção. A única limitação vem da inclinação do talude de contenção, que deverá ter uma inclinação que permita a instalação dos revestimentos verdes, biomantas biodegradáveis, não podendo ser vertical sem que haja um estudo específico de estabilidade prevendo isso.

Para finalizar é feito um revestimento com biomantas biodegradáveis ou grama para proteção superficial do talude de solo grampeado verde.

PRINCIPAIS QUESTIONAMENTOS SOBRE O SOLO GRAMPEADO VERDE :

1) Em que situações a estabilização de taludes com solo grampeado verde é indicada?  Quais são as principais vantagens proporcionadas por essa técnica?

Está técnica pode ser indicada  em maciços a serem cortados - cuja geometria resultante não seja estável pelos parâmetros normativos de taludes existentes que não tenham estabilidade satisfatória e a taludes rompidos em acidentes de sinistros em decorrência da intervenção humana ou da natureza. Não existe até o momento uma norma específica regulamentado pela ABNT para a execução de solo grampeado.

2) Quais são os principais ensaios/testes realizados para subsidiar uma obra com solo grampeado verde?

Os principais ensaios são :

Teste de arrancamento de chumbadores.

Aplicação das porcas nas chapas, iretamente sobre o talude

com chapas metálicas de apoio 

teste de carga em corda dupla

Servem para confirmar a carga que os mesmos resistem a tração para confirmar os cálculos matemáticos de um determinado projeto geotécnico se as cargas e os comprimentos bem coo diâmetros da barras dos chumbadores executados em determinado solo são compatíveis ao previstos no projeto executivo

Especialistas já tem a facilidade de para determinado solo ou condição serem mais acertivos na execução dos chumbadores.

2.1) ENSAIO DE ARRANCAMENTO DE CHUMBADOR

Chumbadores Injetados com calda de cimento para execução de solo grampeado

2.1.1) Apresentação :

A injeção de chumbadores é fundamental para a eficiência da estabilidade do maciço com a aplicação da inserção de grampos metálicos espaçados em malha com diâmetro definido e cumprimentos calculados suficientes para dar nova garantia de estabilidade ao solo, esta técnica chamamos de Solo Grampeado. 

Não deve ser considerado um chumbador, aquele barra de aço cuja injeção não foi adequadamente realizada a ponto de formar uma bainha circular envolvente a barra de aço.

2.1.2) Metodologia

A estabilização de solos pela Técnica de Solo Grampeado teve seu início no Brasil na década de 1970. As primeiras contenções foram executadas com a simples cravação de barras de aço, ou com a perfuração em diâmetro muito próximo ao da barra e a injeção executada sem a preocupação de controle de qualidade, ou seja sem controle de posição e pressão ao longo da barra e sem utilização de tubo de PVC manchetado. 

Na superfície do talude aplicava-se uma tela metálica, imersa ou não em concreto projetado.

Esse processo foi evoluindo através de métodos empíricos desenvolvidos em varias obras e diversas empresas, com o estudo das obras com a variação de comprimentos, diâmetros variados de furos e tipos de barra de aço, com proteção contra corrosão, centralizadores e injeção. A prática atual brasileira é a de se executar chumbadores moldados no solo e não cravados. No que se refere à injeção, várias preocupações se sucederam ao longo desse período, tais como o uso da adequada relação água cimento, aditivos expansores, injeção de bainha fases por tubo auxiliar, centralizadores,proteção anticorrosiva.

Até hoje, na maioria dos casos de obra, a injeção não é considerada de vital importância. Visa-se somente a fixação da barra ao solo e nunca tratamento de consolidação por injeção. Observa-se maior ênfase às características da barra de aço e diâmetro da perfuração. Não há normas para ensaios de acompanhamento e raramente há alguma solicitação em projeto.

2.1.3) Aplicação

As características dos solos sedimentares e saprolíticos no Brasil, viabilizam a ampla aplicação do processo de estabilização por grampeamento, usualmente a custos menores que outros sistemas tais como: cortinas atirantadas, gabiões, estruturas de concreto, etc. Compreende uma perfuração, barra de aço, injeção de calda de cimento e concreto projetado. Estes são os elementos necessários para uma contenção de alta produtividade, econômica e aplicável na grande maioria de nossas encostas a serem escavadas ,em taludes já escavados ou até rompidos.

2.1.4) O Chumbador Injetado

2.1.4.1) Montagem 

A barra de aço usualmente tem diâmetro de 10 a 32 mm com proteção anticorrosiva, dobrada na extremidade (para diâmetros até 20mm), com cerca de 20 cm de rosca, e com centralizadores podendo variar de 1,50 a 3,00 m. 

A aplicação de placa e porca ocorre para diâmetros da barra iguais ou superiores a 22mm quando não é possível dobrá-la. Adjacente a barra instala-se um ou mais tubos de injeção perdidos, com diâmetro de 10 a 45 mm providos de válvulas a cada 50 cm, até cerca de 1,5 m abaixo da boca do furo.

2.1.4.2) Perfuração

Perfura-se o solo com diâmetro próximo a 75 mm. Instala-se então a estrutura metálica dotada de tubo de injeção.

Perfuração com auxílio de andaimes ao longo do talude

2.1.4.3) Injeção 

Injeta-se a bainha pelo tubo auxiliar removível, de forma ascendente, com calda de cimento fator água/cimento próximo de 0,5 (em peso), proveniente de misturador de alta turbulência até o seu extravasamento na boca do furo. Como uma boa alternativa, pode-se preencher o furo com calda e então introduzir o reforço metálico.

Detalhe do tubo de PVC de Injeção que pode ser manchetado ou não, geralmente o tubo de PVC e introduzido no fundo do furo onde e feito a injeção ascendente até vazar a calda pela boca do furo, quando for necessário melhor eficiência na formação do bulbo de calda de cimento e aumento da aderência lateral poderá ser injetado de metro em metro para formação do bulbo de ancoragem

Após um mínimo de 12 horas, reinjetar o chumbador pelo tubo de injeção perdido, anotando-se a pressão máxima de injeção e o volume de calda absorvida. Não se executa a reinjeção, a não ser que hajam dois ou mais tubos de injeção perdidos. Caso isso ocorra, a reinjeção deve ser executada após um mínimo de 12 horas. A pressão máxima de injeção, via de regra, não ultrapassa a 1,5 MPa. Terminada a injeção, retirar o bico injetor, dobrando o tubo de injeção de forma a confinar a pressão de injeção.

2.1.4.4) Boletim

Conforme boletim abaixo anotam-se todos os dados de execução.

Chumbadores-injetados

Controle dos Chumbadores

2.1.5) Interpretação da Perfuração e Injeção

Durante a perfuração para implantação de um chumbador injetado, deve-se reconhecer três informações de suma importância:

- perda do fluído de perfuração;

- ocorrência de vazios;

- reconhecimento de litologias.

Assim ao término da perfuração ter-se-á o real conhecimento do estado do maciço.

Ao se injetar calda de cimento, as regiões no entorno da ancoragem que oferecem menor resistência, solos mais fracos ou com descontinuidades, serão consolidadas.

Após as injeções, pode-se mapear as áreas de maior risco, baseados nos volumes e pressões de injeção e num ato contínuo, aplica-se a densidade exata de ancoragens de forma a se obter a estabilidade estimada no projeto.

2.1.6) Prova de Carga de Chumbadores

Visando avaliar o efeito da injeção, foram executados ensaios de arrancamento de chumbadores, com e sem injeção. Os taludes de solo silto argiloso e argilo arenoso, com inclinação variando entre 30 a 70 graus.

Plano de protensão para chumbadores

Foi utilizado aço CA-50 com diâmetro de 20 mm com proteção anticorrosiva e espaçadores plásticos: 4 no de 6 m  e 2 no de 4 m. A inclinação era de 5º com a horizontal descendente, em furo de 75mm de diâmetro. Após a instalação da barra, injetou-se a bainha de forma ascendente via tubo auxiliar, com calda fator a/c = 0,50, até a mesma extravasar pela boca do furo. No solo silto argiloso o comprimento da barra foi de 4,0 m e no argilo arenoso de 6,0 m.

Características dos Chumbadores para o ensaio em solo Silto Argiloso

As injeções de pressão também com fator a/c = 0,50 em peso, foram realizadas em uma única fase, após 2 dias da execução da bainha. Obteve-se como pressão máxima de injeção 1,5 MPa. O tubo era de plástico de 9mm de diâmetro, com válvulas a cada 0,5m até 1m da superfície, conforme dados abaixo

chumbadores-injetados em talude Chumbadores para o ensaio em solo Silto Argiloso

Instalação do conjunto Macaco e bomba de protensão e sistema de reação para  execução da prova de carga dos chumbadores

Bombeamento da bomba de injeção acoplada ao Macaco de Protensão com aferição manométrica  com controle da estabilização da pressão até atingir o limite esperado no cálculo da prova de carga.

Detalhe do macaco de protensão e da placa que serve como  sistema de reação para a prova de carga do chumbador

Detalhe do manômetro que atinge a carga máxima esperada não sacando o chumbador desta forma é qualificado e observamos que o manômetro fica estabilizado

Equipe utilizada para execução e manuseio dos equipamentos durante a prova de carga.

Detalhe da mesa de reação instalada para aplicação da protensão no chumbador para certificar a carga do mesmo. 

Modelo de Boletim de teste de arrancamento de chumbador

Os resultados dos ensaios de arrancamento se encontram no gráfico abaixo:

4) CASO DE OBRA :

Solução: ESTABILIZAÇÃO E CONTROLE DE EROSÃO SUPERFICIAL

RODOVIA DO AÇO - ACCIONA - BRASIL, VOLTA REDONDA - RJ

Problema:

A rodovia do aço é uma importante via que passa pela região sul fluminense do Rio de Janeiro. A partir de 2008 ela passou a ser administrada pela Acciona que realizou como contrapartida obras de manutenção e desenvolvimento viário. 

Um dos problemas enfrentados na manutenção das rodovias é a instabilidade superficial das encostas, ocasionada pela combinação de agentes deflagradores, como: elevado índice pluviométrico, corte de taludes com inclinação elevada e presença de material arenoso nas encostas.

Esses agentes ocasionavam erosões nos taludes e deslizamentos de solo, causando muitas vezes a interrupção do tráfego.

É necessário a intervenção humana com a utilização da Bioengenharia para criar uma nova condição de brota para o talude que apresenta dificuldade de revegetação.

Metodologia Executiva: 

1 - Ancoragem superior

2 - Preenchimentos de erosões com retentores de sedimentos com bio-retentores

3 - Construções de bermas artificiais e preenchimento das ravinas, regularização manual do talude;

4 - Preparo do solo (coveamento e semeio manual / hidrosemeadura); 

5 - Ancoragem dos chumbadores;

6 - aplicação da tela protegendo as sementes e servindo como substrato

7 - Grampeamento longitudinal e transversal e amarração dos cabos de aço entre as placas fixadas nos chumbadores;

9 - Hidrosemeadura de reforço e semeio manual por sobre a tela.

Aplicação da Maccaferry  MacMat® R

Solução:

A solução adotada foi a aplicação de geomanta reforçada MacMat® R aliada a um sistema de chumbadores de até 3m de comprimento (com espaçamento entre barras variando em relação a inclinação do talude - para taludes com maior inclinação utilizou-se um espaçamento de 2,0 x 2,0 m, e para taludes mais suaves 3,0 x 3,0 m) afim de controlar as erosões e impedir novos deslizamentos.

Um ponto chave para essa solução foi aplicação de hidrossemeadura, nesse caso antes da instalação da malha, para que garantisse o controle da erosão a longo prazo.

Dados da Obra:

Nome do cliente: Acciona Concessões

Data da obra: Início: 2013

Término: 2015

Construtora: Acciona

Produtos usados: MacMat® R - 100.000 m²

PERFIL TRANSVERSAL DA SOLUÇÃO TÉCNICA UTILIZADA NA OBRA

Perfil longitudinal da solução aplicada para recuperação do talude degradado e sem brota da vegetação - Ilustração esquemática

Para execução dos chumbadores a equipe poderá trabalhar utilizando a técnica de acesso por corda dupla, conforme resumidamente mostrado na figura abaixo:

Acesso por corda dupla - EPI necessários

Solo Grampeado Verde com geomantas MacMatR - fundações e obras geotécnicas