PESQUISA

Desenvolvimento, validação e adoção de um modelo para Aterros Estaqueados Reforçados com Geossintéticos em uma diretriz de projeto

Arqueamento do solo e distribuição de carga em um aterro estaqueado reforçado com geossintéticos (AERG)

A convite da HUESKER, Dra. Suzanne van Eekelen, pesquisadora holandesa em engenharia geotécnica e especialista em reforço geossintético e aterros estaqueados em particular, trouxe para esta edição o objeto de sua pesquisa de doutorado. Confira.

Em um AERG, o arqueamento do solo ocorre quando o movimento diferencial se desenvolve entre as estacas e o solo mole entre as estacas. Devido ao arqueamento do solo, mais carga vai para as estacas e menos carga para a área entre elas. A distribuição de carga resultante em um aterro AERG no nível do reforço geossintético (GR) e dos capitéis é a seguinte (Figura 1):

• A maior parte da carga vai para as estacas (em vermelho na Figura 1), pois elas têm pequeno deslocamento;

• Uma parcela relativamente grande do restante da carga é exercida nas faixas de reforço entre as estacas adjacentes (em verde na Figura 1). Por quê? As faixas de reforço têm o vão mais curto entre as estacas adjacentes. Assim, as faixas defletem menos do que em outros locais e atraem uma carga relativamente maior.

• A carga em uma faixa de reforço não é distribuída uniformemente. Mais carga vai para o local mais próximo ao capitel, resultando em uma distribuição de carga aproximada à triangular invertida nas faixas (em verde na Figura 1). Isso é resultado da menor deflexão do reforço próximo ao capitel em relação ao meio, entre os capitéis.

A distribuição de carga triangular inversa foi observada em uma série de experimentos de laboratório em 3D e confirmada com experimentos de campo (Figura 2) e análises numéricas.

Figura 1: Distribuição vertical de cargas no nível do reforço geossintético e dos capitéis em um aterro estaqueado reforçado.

Figura 2: Medidas de campo em tubos de recalque fixados ao reforço geossintético.

A segunda derivada da posição do tubo fornece a distribuição de carga vertical.

A distribuição de cargas da Figura 1 é explicada com os arcos concêntricos mostrados na Figura 3. Quanto maior o arco, mais carga ele transmite. A Figura 4 fornece uma versão 3D completa deste modelo de Arcos Concêntricos de van Eekelen et al, (2013, 2015) e van Eekelen (2015). A carga é transmitida ao longo dos hemisférios 3D, para fora, em direção às estacas e faixas do reforço. Acima das faixas do reforço, a carga é forçada a seguir um novo caminho, ao longo das faixas 2D, em direção às estacas e ao solo.

As Figuras 5 e 6 validam e comparam o novo modelo de Arcos Concêntricos (adotado no Guia de Projeto holandes CUR 226 - 2016) e um modelo mais antigo, que foi adotado na recomendação alemã EBGEO, e uma versão antiga do CUR 226 (2010). As figuras mostram que o novo modelo de arcos concêntricos oferece uma boa conformação com medidas e cálculos numéricos.

Figura 3: Explicação da distribuição de carga observada. Arcos menores transferem menos carga.

Figura 4: Versão 3D do modelo de arcos concêntricos de van Eekelen et al, (2013, 2015) e van Eekelen (2015).

DIRETRIZES DE PROJETO PARA ATERROS ESTAQUEADOS REFORÇADOS COM GEOSSINTÉTICOS

O Guia de Projeto CUR226 para aterros estaqueados reforçados com geossintéticos, portanto, adotou o modelo de Arcos Concêntricos para o dimensionamento do reforço geossintético. Exemplos de cálculos abrangentes suportam o uso desta nova diretriz. As equações necessárias estão disponíveis em um arquivo Excel, de acesso gratuito, em www.piledembankments.com.

CONTRIBUIÇÃO DA HUESKER

A HUESKER foi uma das colaboradoras que contribuíram financeiramente e praticamente à série de experimentos de laboratório, testes de campo e ao estudo de doutorado de Van Eekelen (2015). A autora agradece o apoio e discussões frutíferas.

Figura 5: Resultados de comparação de experimentos em laboratório 3D com diretrizes de projeto.

Figura 6: Comparação dos cálculos 3D FEM com diretrizes de projetos.

Figura 7: Comparação entre o modelo de Arcos Concêntricos e medições (de Van Eekelen et al., 2015).

REFERÊNCIAS

- CUR 226 (2010). Design Guideline Piled Embankments (in Dutch). Stichting CUR, Gouda, ISBN 978-90-376-0518-1.

- CUR 226. (2016). S.J.M. van Eekelen and M.H.A. Brugman, Eds. Design Guideline Basal Reinforced Piled Embankments. SBRCURnet & CRC press, Delft, ISBN 9789053676240. https://www.crcpress.com/Design-Guideline-Basal-Reinforced-Piled-Embankments/Eekelen-Brugman/9789053676240.

- EBGEO (2010) Empfehlungen für den Entwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrungen aus Geokunststoffen, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. (DGGT).

- Van Eekelen, S.J.M. (2015). Basal Reinforced Piled Embankments. PhD thesis Technical University of Delft, Netherlands. ISBN 978-94-6203-825-7 (print), ISBN 978-94-6203-826-4 (electronic version). Downloadable at: www.piledembankments.com, including an excel file with the calculation model.

- Van Eekelen, S.J.M., Bezuijen, A., Van Tol, A.F. (2013). An analytical model for arching in piled embankments. Geotextiles and Geomembranes 39: 78 – 102.

- Van Eekelen, S.J.M., Bezuijen, A. van Tol, A.F. (2015). Validation of analytical models for the design of basal reinforced piled embankments. Geotextiles and Geomembranes. 43, No. 1, 56 - 81.