No domínio da engenharia das rochas, as geogrelhas utilizadas para o reforço do solo estão a merecer uma atenção crescente por parte da comunidade da engenharia civil e são cada vez mais utilizadas.
O principal objetivo das geogrelhas é melhorar as propriedades de engenharia do solo e reforçá-lo e estabilizá-lo.
A escolha da geogrelha adequada para o seu projeto é essencial para garantir uma durabilidade a longo prazo e uma boa relação custo-eficácia. Ao selecionar a geogrelha adequada para a sua aplicação específica, há vários factores fundamentais a considerar:
- Requisitos de conceção técnica
- Seleção de especificações
- Seleção de materiais
- Influência do processo de produção
- Forma estrutural
- Método de ensaio de resistência do produto
Requisitos de projeto de engenharia para solos reforçados com geogrelhas
O primeiro passo para selecionar a geogrelha adequada consiste em definir claramente o tipo de projeto e a sua aplicação prevista.
As geogrelhas são utilizadas numa grande variedade de projectos, incluindo a construção de estradas, o reforço de aterros, a estabilização de taludes e a construção de muros de contenção.
As diferentes aplicações podem exigir geogrelhas com caraterísticas e propriedades específicas para satisfazer os requisitos do projeto.
As geogrelhas dividem-se geralmente em geogrelhas biaxiais e geogrelhas uniaxiais, consoante a estrutura da grelha.
Geogrelhas uniaxiais
As geogrelhas uniaxiais são o tipo de muro de contenção mais utilizado e são concebidas para suportar tensões de tração elevadas numa direção, com menor resistência na direção transversal.
Devido à sua resistência e durabilidade na estabilização do solo, são ideais para muros de contenção de solo reforçado. São frequentemente utilizados quando a altura do muro é significativa e as forças aplicadas são principalmente verticais.
Geogrelhas biaxiais
Em função da conceção do muro e das caraterísticas do solo, podem também ser utilizadas geogrelhas biaxiais que proporcionam resistência em duas direcções. As geogrelhas biaxiais têm a mesma resistência nas direcções longitudinal (máquina) e transversal (máquina cruzada).
Proporcionam um reforço eficaz em duas direcções perpendiculares, distribuindo as cargas de forma mais uniforme. As geogrelhas biaxiais são frequentemente utilizadas em aplicações em que as condições do solo são difíceis de prever e em que é necessário um reforço mais forte.
Seleção de Especificações da geogrelha em Projectos de muros de terra reforçados com geogrelhas
Resistência à tração e módulo de elasticidade
As geogrelhas devem ter uma resistência à tração suficiente para resistir às forças aplicadas e proporcionar um reforço eficaz. Sendo um parâmetro fundamental das geogrelhas, indica a capacidade da geogrelha para suportar forças de tração.
A resistência à tração é frequentemente especificada como resistência à tração final (UTS) e é medida em unidades de força por unidade de largura (por exemplo, kN/m ou lbs/ft).
A resistência à tração é frequentemente classificada como baixa, média ou alta resistência. Os requisitos de UTS dependem das cargas e tensões esperadas, da altura da parede e das condições do solo.
Além disso, é necessário ter em conta o módulo da geogrelha, que indica a sua rigidez e capacidade de distribuir eficazmente as cargas.
Tamanho e forma dos poros
A dimensão dos poros refere-se à dimensão das aberturas entre os tendões ou os cordões da geogrelha. Normalmente, é especificada como a dimensão máxima da abertura ou a dimensão nominal dos poros.
A dimensão e a forma dos poros de uma geogrelha são factores fundamentais que afectam a interação com o solo, a compactação e o encravamento dos agregados.
As geogrelhas com poros maiores são normalmente utilizadas para solos de grão grosso, ao passo que as geogrelhas com poros mais pequenos são mais adequadas para solos de grão fino.
A forma dos poros, sejam eles quadrados, rectangulares ou triangulares, também afecta o desempenho da geogrelha e a sua interação com as partículas do solo.
Selecionar geogrelhas com a dimensão e a forma adequadas dos poros, de modo a conseguir um bloqueio eficaz do solo e evitar a intrusão do solo na estrutura da geogrelha.
Força/eficiência das articulações
A eficiência da junta é uma medida da capacidade de uma geogrelha para transferir forças de tração de uma nervura ou cordão para outro. Também se refere frequentemente à resistência da junta numa estrutura de geogrelha.
É expresso em percentagem e representa a resistência da junta entre cordões que se intersectam.
Uma maior resistência da junta indica uma melhor capacidade de transferência de carga para distribuir cargas.
Ao selecionar uma geogrelha, é necessário ter em conta a qualidade da conceção e do fabrico para garantir que a resistência da junta é suficiente para satisfazer os requisitos do projeto.
Normalmente, os requisitos mínimos de eficiência das juntas são especificados nas especificações do projeto.
Durabilidade a longo prazo
A durabilidade de uma geogrelha é fundamental para a longevidade de um projeto.
Considerar factores como a resistência à radiação UV, a exposição química, a biodegradação e as condições ambientais prevalecentes na área do projeto.
As geogrelhas com maior durabilidade e resistência à degradação são fundamentais, especialmente para aplicações a longo prazo.
As especificações incluem frequentemente requisitos de durabilidade a longo prazo e de resistência a danos na instalação.
Compatibilidade de estirpes
As geogrelhas devem ser compatíveis com o solo circundante para evitar deformações excessivas e manter a estabilidade.
A compatibilidade com a tensão refere-se à capacidade da geogrelha para se deformar e alongar com o solo sem sofrer diferenças significativas de tensão.
Esta propriedade assegura que a geogrelha e o solo funcionam em conjunto como um sistema composto.
Tamanho adequado do rolo para a instalação
As geogrelhas são normalmente fornecidas em rolos, sendo o tamanho especificado pela largura e pelo comprimento do rolo.
O tamanho do rolo deve ser adequado aos requisitos específicos do projeto, tendo em conta factores como a altura da parede, a disposição do reforço e a facilidade de instalação.
As diferentes geogrelhas podem ter requisitos de instalação específicos, incluindo a distância de sobreposição, a profundidade da vala de ancoragem e o método de ligação.
Algumas geogrelhas podem exigir equipamento ou técnicas especializadas para uma instalação correta.
Considerações sobre os custos
O custo é sempre um fator importante em qualquer projeto de construção.
Embora seja fundamental selecionar uma geogrelha que satisfaça os requisitos do seu projeto, é necessário ter em conta a relação custo-eficácia global, incluindo o custo de aquisição inicial, o custo de instalação e as despesas de manutenção a longo prazo.
As geogrelhas de melhor qualidade podem proporcionar um melhor valor a longo prazo, reduzindo os custos de manutenção e reparação.
Cumprir as normas e regulamentos
Por último, certifique-se de que a geogrelha escolhida cumpre as normas e regulamentações relevantes do sector.
As diferentes regiões podem ter requisitos específicos para os geossintéticos utilizados na construção.
A conformidade garante que o seu projeto cumpre as normas de segurança e qualidade.
Seleção de materiais de geogrelhas em muros de contenção de solos reforçados
As matérias-primas para a produção de geogrelhas são principalmente o polietileno de alta densidade (PEAD), o polipropileno (PP), a fibra de vidro, o poliéster, etc. De um modo geral, as geogrelhas unidireccionais são produzidas com polietileno e as geogrelhas bidireccionais são produzidas com polipropileno. Este facto deve-se principalmente a:
1. A estrutura molecular do polietileno de alta densidade é linear, com poucas ramificações e uma cristalinidade de até 75% ~ 90%. Possui excelente resistência mecânica, alta rigidez e tenacidade, alta resistência superficial e temperatura de uso (80 ℃), boa resistência a solventes, resistência a ácidos, álcalis e vapor, bem como boa estabilidade dimensional e resistência a rachaduras por estresse ambiental. É muito adequado para a produção de grades unidirecionais. Sua desvantagem é que o alongamento ao atingir a resistência à tração é grande, geralmente em torno de 12%.
2. O copolímero de polipropileno é uma estrutura linear com grupos metilo laterais. Tem melhor resistência mecânica e resistência ao impacto do que o polietileno, maior rigidez e resistência à flexão, maior resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão química. A desvantagem é que é frágil a baixas temperaturas e fácil de envelhecer. Tem de ser modificado por estiramento ou outros métodos, pelo que é particularmente adequado para geogrelhas bidireccionais produzidas por estiramento bidirecional.
3. As geogrelhas de fibra de vidro são fabricadas a partir de fibras de vidro tecidas ou cosidas, revestidas com um polímero. Possuem uma excelente resistência à tração, um elevado módulo de elasticidade e resistência à deformação e às mudanças de temperatura. As geogrelhas de fibra de vidro são quimicamente inertes e altamente duráveis, o que as torna adequadas para aplicações em que o desempenho a longo prazo é fundamental. No entanto, podem ser mais caras do que as geogrelhas de plástico.
4. As geogrelhas de poliéster são constituídas por fios de poliéster de alta resistência revestidos com um polímero protetor. Possuem elevada resistência à tração, baixo alongamento e boa resistência a factores ambientais, como a radiação UV e a exposição a produtos químicos. As geogrelhas de poliéster são frequentemente utilizadas em muros de terra estabilizada mecanicamente (MSE) onde é necessário o reforço do solo.
A escolha do material da geogrelha para um determinado projeto de muro de contenção de terras reforçado com geogrelhas depende de factores como os requisitos do projeto, as cargas previstas, as condições do solo e o orçamento.
A influência da tecnologia de produção na seleção de geogrelhas
As geogrelhas podem ser classificadas, de acordo com a sua tecnologia de processamento, em geogrelhas de polímero estirado integral, geogrelhas tecidas com fibras de alta resistência e geogrelhas compósitas soldadas, sendo as duas últimas geogrelhas tecidas.
Geogrelha produzida por estiramento integral
É geralmente formada por aquecimento da chapa extrudida - perfuração de precisão - estiramento longitudinal e, em seguida, estiramento transversal.
Este efeito de alongamento é muito importante. Reorienta as moléculas do polímero e melhora consideravelmente o desempenho da grelha:
1. A disposição direcional das moléculas melhora a resistência do material; ao mesmo tempo, as moléculas direcionais melhoram a integridade dos nós.
Isto é diferente das pseudo grelhas (como as tecidas e as compostas soldadas). Os nós das pseudo-rede são tecidos ou compostos soldados, com fraca integridade e fraco desempenho na transmissão de forças longitudinais e transversais.
2. O módulo de tração é melhorado, de modo a que a grelha possa exercer um elevado desempenho de resistência à tração a baixa tensão.
3. Os ensaios de fluência a longo prazo provaram que a tendência das grelhas de polímeros tratadas com estiramento é muito reduzida sob carga contínua a longo prazo, pelo que a fiabilidade do reforço é garantida.
4. O estiramento é um tratamento de modificação das grelhas de polipropileno, que melhora muitas propriedades, como a redução significativa das desvantagens da fragilidade a baixa temperatura e do envelhecimento fácil, e a melhoria da durabilidade da utilização.
Geogrelha produzida por tecelagem
É tecida com fitas de material sintético de alta resistência, também conhecida como geogrelha de fibra de alta resistência.
É feita de fibra de poliéster ou fibra de vidro com elevada resistência e baixo alongamento. Depois de ser tecida em forma de grelha numa máquina de tricotar, é impregnada com cloreto de polivinilo (PVC) de acordo com os requisitos do processo.
As nervuras desta grelha têm uma elevada resistência à tração, os seus pseudo-nós têm uma fraca integridade, a resistência dos nós é muito baixa, o desempenho da transmissão de forças longitudinais e laterais é muito fraco e a resistência ao arrancamento no solo é originalmente inferior à sua resistência. Como material de reforço, a sua resistência não é totalmente utilizada.
Geogrelha soldada composta
Trata-se de uma pseudo-rede, feita através da tecelagem de várias tiras de polipropileno ou tiras compostas de aço-plástico e da soldadura dos nós.
A sua resistência de reforço individual é relativamente elevada. Uma vez que os nós são formados por sobreposição nas direcções da teia e da trama, a resistência global depende da resistência da soldadura dos nós.
A resistência ao cisalhamento, a resistência ao rasgamento e a resistência à rutura deste nó são relativamente baixas. A integridade é fraca, a resistência é baixa, o desempenho do nó na transmissão de forças longitudinais e transversais não é bom, e a estabilidade dimensional e o desempenho global são relativamente fracos.
Resumo do processo de produção de geogrelhas
O método de ensaio de resistência do nó proposto pela Universidade de Drexel, nos Estados Unidos, e os resultados da geogrelha de tração global e da pseudo-geogrelha ensaiadas por este método (a resistência do nó é expressa em percentagem da resistência de uma única nervura) são apresentados no quadro seguinte:
| Tipo | Resistência dos nós/resistência de uma única nervura |
| Geogrelha bidirecional esticada integralmente | 90% – 100% |
| Geogrelha bidirecional esticada integralmente | <10% |
| Os nós são grelhas pseudo-bidireccionais compiladas | 3% – 13% |
As geogrelhas com boa tecnologia de produção têm um aspeto uniforme, superfícies lisas e um brilho evidente de negro de fumo.
As geogrelhas com uma tecnologia de produção deficiente apresentam superfícies rugosas.
Embora a rugosidade da superfície e outros padrões possam aumentar um pouco o atrito, não podem melhorar o desempenho global de reforço da grelha, porque o atrito representa apenas uma pequena parte do seu desempenho de reforço, e o principal desempenho de reforço é a força de interbloqueio e o efeito de incorporação entre a malha da grelha e o material de enchimento.
Para além de indicar que a tecnologia de processamento da grelha de superfície rugosa é relativamente baixa, as marcas e os entalhes do padrão de superfície concentram a tensão quando sujeitos a forças externas, o que enfraquece o seu desempenho à tração e afecta a durabilidade.
Além disso, não é económico determinar o comprimento da ancoragem com base no atrito.
Seleção estrutural de geogrelhas na engenharia de solos reforçados
A influência da forma estrutural no desempenho da geogrelha manifesta-se principalmente em dois aspectos: a forma do nó e a composição do substrato.
A geogrelha de polímero esticada tem um único material, não é necessária qualquer carga, o nó é integral, a resistência de uma única nervura e a resistência do nó coincidem bem e a resistência global é elevada.
Os nós das geogrelhas tecidas são pseudo-nós, e as fitas de teia e trama entrelaçadas nos nós são unidas apenas por cloreto de polivinilo (PVC) impregnado, com baixa resistência e fraco desempenho na transmissão de forças.
A dimensão da malha das geogrelhas compostas soldadas é de cerca de 100 mm. A dimensão da malha desta grelha é demasiado grande, o que reduz a rigidez à flexão das nervuras, torna-as fáceis de dobrar e deformar e reduz a força de mordida. Esta grelha é feita de dois materiais através da composição, os nós são também pseudo-nós, a resistência do nó é baixa e o desempenho da transmissão de força é fraco.
As tiras compósitas de aço-plástico podem ser danificadas no processo de transporte, construção e utilização, fissuras e rupturas, e a humidade e a humidade à sua volta causarão corrosão no reforço rígido, tornando a secção efectiva mais pequena e reduzindo a resistência e a vida útil.
Impacto dos métodos de ensaio da resistência dos produtos
A resistência indicada pela geogrelha acima referida é medida através de um ensaio de tração. Por conseguinte, o método de ensaio de tração do material e a importância dos dados do ensaio devem ser um dos factores a que se deve prestar especial atenção durante a conceção.
O reforço da geogrelha com resistência integral à tração é conseguido através do encravamento mecânico e do encravamento com as partículas do solo.
Com base nisto, a norma GRI-GGI do Geosynthetic Research Institute dos Estados Unidos estipula
A medição dos dados do ensaio de tração deve respeitar a relação de transmissão da força exercida sobre a grelha no solo.
É igualmente salientado que a aquisição da força de tração longitudinal é inseparável da transmissão em ângulo reto da armadura transversal, ou seja, a força de tração longitudinal da geogrelha no solo é transmitida à armadura longitudinal através do encravamento mecânico com a armadura transversal.
Por conseguinte, no ensaio de tração, a força de tração longitudinal é medida fixando a armadura transversal e esticando-a na direção longitudinal.
Uma vez que as nervuras longitudinais e transversais da geogrelha integral são inteiras, é evidente que a resistência à tração também pode ser medida fixando diretamente a armadura longitudinal e esticando-a. Os resultados obtidos pelos dois métodos são coerentes, sem distorções.
Os outros dois tipos de pseudo-rede estão danificados devido à fraca resistência dos nós. Os componentes longitudinais e transversais que constituem a grelha não são um todo. Quando a força de mordedura das nervuras transversais é transmitida ao nó, este fica danificado devido à baixa resistência do nó, provocando o deslizamento da armadura longitudinal e a falha da armadura.
Devido a esta situação, ao medir a sua resistência à tração, a pinça só pode ser fixada no reforço longitudinal. O que é medido é a resistência do reforço longitudinal e não a resistência global da grelha. É distorcido utilizar a resistência da armadura longitudinal para representar a resistência global.
Esta é também a razão importante pela qual a pseudo-rede tem uma elevada resistência marcada, mas baixa resistência real, e é também uma fraqueza fatal como material de reforço. Ao selecionar este tipo de geogrelha para a construção de muros de contenção de solo reforçado, é necessário prestar especial atenção!
Finalmente
Em conclusão, a escolha da geogrelha adequada para projectos de solo reforçado é uma decisão crítica, essencial para garantir a estabilidade, o desempenho a longo prazo e a rentabilidade dos muros de contenção.
É essencial consultar um engenheiro geotécnico, rever as especificações do projeto e ter em conta as condições do solo, as cargas previstas, as especificações da grelha, os materiais, os processos de produção, os métodos de ensaio, a estrutura, etc., para tomar uma decisão informada sobre o tipo e o material da geogrelha a utilizar.
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