Geocélulas

CAPÍTULO 17 – GEOCÉLULAS ENGECEL®

1. Introdução A geocélula foi concebida originalmente com o objetivo de fazer da areia um material de construção. Sua utilização pioneira se deu em estradas de acesso a praias e no deserto. Pode ser usada em várias aplicações como suporte de cargas na estabilização de pavimentos rodoviários e ferroviários, em estruturas de contenção de terra, permitindo a configuração de muros conforme as necessidades de cada aplicação e na prevenção e controle de erosão em taludes.

2. Definição A geocélula é constituída por tiras de polietileno de alta densidade (PEAD), soldadas entre si, que quando abertas formam células contíguas tridimensionais, semelhantes a uma colméia. Podem ser preenchidas com areia, brita, concreto ou solo, conforme a disponibilidade local e a finalidade da obra.

Geocélula fechada para estocagem e transporte Geocélula aberta formando um painel para ser instalada

3. Características do Produto O princípio do funcionamento da geocélula baseia-se na resistência criada pelo confinamento lateral que um carregamento gera e pelo de atrito das paredes das células com o material de enchimento. A Engecel é apresentada em dois tamanhos de célula (regular e grande) e alturas das células de 5 - 7,5 – 10 – 15 e 20 cm.

4. Histórico A geocélula foi desenvolvida no final da década de 70 e começo dos anos 80 pelo U.S.Army Corps of Engineers para tornar possível o tráfego de tanques e caminhões de guerra pelo deserto e praias. A geocélula foi utilizada na primeira guerra do Golfo, para facilitar o acesso das tropas pelo deserto.

5. Vantagens da utilização da Geocélula • Redução de 50% ou mais da espessura da camada de suporte estrutural, em estabilização de solos • Como enchimento podem ser utilizados agregados (areia e brita) de baixa qualidade na construção de estradas, mesmo sobre solos muito moles • Redução das rodeiras e custos de manutenção em pátios intermodais • Aumenta a rigidez da superestrutura ferroviária resultando maior estabilidade no alinhamento dos trilhos • Em subleitos de baixa resistência, os recalques diferenciais e totais do lastro ferroviário são significativamente reduzidos • Utiliza técnicas de construção simples facilitando sua instalação em lugares distantes e de difícil acesso • Os muros de contenção podem sofrer recalques significativos na sua base, sem perda da sua integridade estrutural • Devido a sua flexibilidade, em revestimentos de canais quando as geocélulas são preenchidas com concreto, os painéis contíguos acompanham o movimento do leito, se houver recalques diferenciais, havendo um trincamento controlado do concreto.

6. Aplicações da Geocélula • Estruturas de contenção: muros de arrimo • Estabilização de taludes • Canais e obras hidráulicas • Estabilização de solos moles • Proteção contra erosão • Proteção mecânica de geomembranas

7. Estruturas de Contenção: Muros de Arrimo As estruturas de contenção com geocélula são construídas sobrepondo-se camadas de geocélulas, preenchidas com solo, brita ou concreto, e adaptando sua configuração conforme as necessidades do projeto. Os muros podem ter seções verticais ou em degraus e ser do tipo arrimo tradicional, de gravidade ou compostos. Os muros compostos são constituídos por um sistema confinado – as geocélulas – ligado a um aterro através de elementos de reforço, que podem ser outro geossintético ou tirantes. As células da face externa da estrutura de contenção, constituída pelas geocélulas, podem ser preenchidas com solo vegetal, para plantio de vegetação.

Estabilização de Talude com Geocélulas

8. Proteção contra Erosão Para a maioria das aplicações de proteção e controle de erosão a altura da célula é geralmente determinada através do tamanho e peso do enchimento, da inclinação do talude e das condições ambientais. Há três tipos de enchimento da geocélula para uso em controle de erosão; a escolha de cada um dependerá das particularidades da obra:

8.1. Enchimento com material granular O confinamento do material granular nas células proporciona o aumento da sua resistência à erosão, devido à redução da energia hidráulica, que impede a migração das partículas talude abaixo, pela ação da gravidade e do fluxo da água. O sistema de proteção resultante é flexível e durável.

8.2. Enchimento com vegetação As células confinam e reforçam o solo vegetal protegendo a zona de enraizamento, contribuindo para o aumento da resistência natural que a vegetação oferece contra a erosão; direciona o fluxo de água sobre a vegetação e reduz a perda de umidade. Este tipo de enchimento é indicado para taludes íngremes e áreas de fluxo concentrado.

8.3. Enchimento com concreto No preenchimento das geocélulas com concreto suas paredes funcionam como forma e como juntas contínuas de dilatação. É um revestimento flexível, que proporciona trincamento controlado do concreto, assim como controle de piping, uma vez que as células se conformam ao solo de apoio, acompanhando sua movimentação. É indicado para taludes íngremes e revestimento de canais.

Célula Grande Com dimensões sendo o dobro da célula regular, a célula grande é apropriada para o plantio de arbustos e de pequenas árvores. Seu uso é ideal para taludes suaves e ação hidráulica mínima.

9. Estabilização de Solos Moles O funcionamento da geocélula como reforço de solos baseia-se na resistência criada pelo confinamento lateral que o carregamento gera e pelo de atrito das paredes das células com o material de enchimento. Quando a carga é aplicada ocorre um “cintamento”, tanto devido à resistência passiva das células adjacentes, como ao atrito das paredes com o material de enchimento, Koerner, 1999. Devido a esta característica, a geocélula constitui uma base rígida de alta resistência à flexão, quando utilizada na estabilização de solos moles. Em pátios intermodais melhora as características de distribuição de cargas em áreas pavimentadas ou não. Em obras ferroviárias impede o deslocamento do agregado do lastro e do sub-lastro, aumentando a rigidez da superestrutura ferroviária e assegurando maior estabilidade no alinhamento dos trilhos, Obra, 1995.

10. Estabilização de Taludes A especificação de geocélulas para proteção de taludes requer a análise das características específicas do local, como altura, comprimento, inclinação do talude e o ângulo de ruptura interno que comprometeria a estabilidade deste talude. Estes dados são importantes para a determinação da altura de célula e da ancoragem apropriada. A Engecel® melhora o desempenho de taludes vegetados, devido a proteção que proporciona às raízes da vegetação e ao direcionamento do fluxo da água das chuvas no topo das células, as quais atuam como barreiras onde a energia da água é dissipada, evitando a formação de ravinas.

11. Geocélulas em Canais e Obras Hidráulicas No revestimento de canais com geocélula há várias opções de posicionamento das mesmas. Podem ser dispostas em uma ou mais camadas, a fim de atender aos requisitos estruturais hidráulicos exigidos. É uma proteção do tipo flexível, além de ser durável. O enchimento pode ser feito com solo vegetal e grama em áreas de fluxo intermitente e na parte superior dos taludes do canal. O enchimento com concreto é recomendado para áreas de fluxo contínuo e/ou de alta velocidade da água.

Geocélula em revestimento de Canais

12. Fixação e Ancoragem das Geocélulas A forma de fixar e de ancorar a geocélula é determinada em função do tipo do solo de apoio, do peso e tipo de enchimento, da inclinação do talude e das condições ambientais.

12.1. Ancoragem em canaleta As geocélulas sempre devem ser ancoradas na crista do talude, para evitar aentrada de água sob as mesmas, que poderá causar erosão.

As dimensões da canaleta podem ser calculadas da seguinte forma:

L x B = F x FS ã x tg ö

Onde: F = força de escorregamento (N/m: Newtons por metro medidos paralelo ao topo do talude) FS = fator de segurança ã = peso específico do material de enchimento

= ângulo de atrito do solo ou material abaixo da geocélula

Força de escorregamento = (H x C x ã) x [sen i – (cos i x tg ö)] Onde: H = altura da geocélula C = comprimento do talude ã = peso específico do material de enchimento i = inclinação do talude (H : V) ö = o mais baixo ângulo de atrito do solo, material ou ou geossintético abaixo da geocélula,

Nota: Se o valor de F for negativo, indica que o atrito entre a geocélula e o talude é suficiente para haver equilíbrio, não havendo necessidade de ancoragem especial. No entanto é recomendável a fixação da geocélula com grampos e a sua ancoragem em canaleta, por segurança.

12.2. Fixação com grampos As geocélulas são fixadas com grampos de aço tipo CA-50, em forma “bengala”, com diâmetro de 6 a 8 mm e comprimento que dependerá consistência / compacidade do solo de apoio. A densidade é de um grampo para cerca de 3 ou 4 m2. A parte curva bengala deve prender a borda superior da célula e a parte reta é ancorada solo.

Painel de Geocélula sendo fixado com Grampos

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Fixação da Geocélula no Talude

Para a ancoragem da geocélula através de grampos ao longo do talude, calcula-se o número necessário em função da resistência ao arrancamento de cada grampo:

No grampos por painel = F x LP x FS Fa

Onde: F = força de escorregamento (N/m: Newtons por metro medidos paralelo ao topo do talude)

LP = largura do painel (LP = 2,05 m para células regulares e LP = 2,15 m para células grandes) FS = fator de segurança Fa = resistência ao arrancamento do grampo (N)

Nota: É recomendável ancorar a geocélula na canaleta e também fixá-la no talude através de grampos.

13. Informações Complementares Seleção do material de enchimento x aplicação • Solo e vegetação: taludes íngremes, bermas, rampas e vertedouros. • Areia: taludes suaves. • Pedregulhos e brita (diâmetro máximo 760 mm): canais, taludes e velocidade de luxo moderado. • Concreto e argamassa: em volta de pontes, taludes íngremes, altas velocidades de fluxo, vertedouros e rampas.

Manual de Geossintéticos – 3ª edição

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14. Instalação A instalação das geocélulas é simples e rápida, não exige equipamento especial e pode ser feita por apenas três pessoas. Os painéis são enviados fechados para a obra. 14.1. A terraplenagem da área deve seguir as orientações do projeto. 14.2. Se o material de enchimento for diferente do solo de apoio, é recomendável usar um geotêxtil como separador. 14.3. Determina-se a localização do primeiro painel de geocélula e colocam-segrampos nos quatro cantos, de acordo com as medidas do painel aberto. Os painéis próximos à crista do talude devem ser levados até a canaleta de ancoragem. 14.4. Abre-se o painel encaixando-o nos grampos já colocados. Grampos adicionais devem ser usados para garantir que o painel fique totalmente aberto. Em locais onde não é possível a cravação de grampos, deve-se abri-la numa forma com as dimensões do painel aberto. 14.5. Coloca-se o enchimento nas primeiras fileiras de células através de caçamba basculante de caminhão ou de trator e espalha-se para as demais com pás manuais ou carregadeiras. Se o espalhamento for feito com pá carregadeira, deve-se tomar o cuidado de fazer uma rampa com o próprio material de enchimento para a subida da pá na geocélula. 14.6. Quando o enchimento for solo vegetal, areia ou brita a altura do material colocado deve ser cerca de 25 a 50 mm maior que a altura da célula, para permitir o recalque que ocorrerá devido à compactação, de modo que enchimento e paredes das células fiquem nivelados. 14.7. Nenhum tipo de equipamento deve andar sobre o painel de geocélula sem enchimento. 14.8. Para evitar danos às células, recomendá-se o lançamento do material de enchimento a uma altura máxima de um metro. 14.9. A compactação do enchimento geralmente é feita com o mesmo equipamento usado para colocar o material sobre o painel, através de várias passadas. Pode ser usado também rolo e/ou placa vibratória para alcançar certos níveis de compactação especificados.

15. Características Técnicas

 

16. Durabilidade Como sua matéria prima da é o PEAD – polietileno de alta densidade – a geocélula possui excelente resistências química, mecânica e aos raios ultravioleta.

17. Referências Bibliográficas 17.1. Koerner R.M. (1999). “Designing with Geosynthetics” - Fourth Edition. Prentice Hall, N.J. 17.2. Revista Obra – Planejamento & Construção 1995). “Geossintéticos – Evento divulga Produto no Mercado Brasileiro” – Ano 6 – no. 70 - Julho.