[pt] Nos últimos anos na cidade de Lima as escavações profundas alcançaram uma presença maior, devido à recente demanda pela construção de edifícios altos e centros comerciais com vários níveis de subsolos, onde utilizam-se preferencialmente as cortinas atirantadas para a contenção dos solos. No entanto, a técnica de solo grampeado mostra-se como uma alternativa interessante, dado que também permite fornecer suporte lateral e limitar os movimentos do solo. A técnica consiste em reforçar o bloco do solo atrás da parede através das inclusões passivas, criando uma estrutura de gravidade consistente que permite aumentar a resistência geral ao cisalhamento e restringir os deslocamentos. Este estudo de caso procura avaliar os deslocamentos horizontais em uma escavação de 15m de altura em um entorno urbano, onde o solo é predominantemente de pedregulho denso mal graduado, parte do depósito aluvial do Conglomerado de Lima. A estimativa dos parâmetros de resistência baseou-se em ensaios de cisalhamento direto in situ em grande escala e ensaios de arrancamento encontrados na literatura. O acompanhamento dos deslocamentos ao longo do processo construtivo, foi realizado a través de inclinômetros instalados no perímetro, em locais estratégicos para avaliar os deslocamentos mais críticos na escavação. A avaliação de erros sistemáticos em inclinômetros é também abordada no estudo. Complementarmente, realizaram-se análises numéricas com programas de equilíbrio limite e elementos finitos, que permitiram avaliar os fatores de segurança e os deslocamentos com o objetivo de comparar os dados de campo com os resultados calculados. Através de análise paramétrica e calibração do modelo foi possível conhecer a influência dos parâmetros geotécnicos e geométricos de escavações profundas grampeadas. / [en] In recent years in the city of Lima, the execution of deep excavations growth, due to the recent demand for the construction of high-rise buildings and shopping malls having various levels of basements, where anchorage walls systems are preferably used to soil retention. However, the soil nailing technique is an interesting alternative, by reason to provide lateral support and limit movements. The soil nailing technique consists of reinforcing the soil block behind the wall through passive inclusions, producing a consistent gravity structure that allows the increas of the shear strength and restricting displacements. This case study aims to evaluate the horizontal displacements generated in a 15m high deep excavation in an urban environment, where the existing soil is predominantly of poorly graded dense gravel, component of the alluvial deposit of the Lima Conglomerate. The estimate of strength parameters for this type of soil was based on large-scale in situ direct shear tests and pullout tests found in the literature. The monitoring of displacements throughout the construction process was carried out using vertical inclinometers installed on the perimeter, in strategic locations to assess the most critical displacements that the excavation could experience. The evaluation of systematic errors in inclinometers is also approached in the study. In addition, numerical analyzes were carried out with limit equilibrium and finite element programs, which allowed evaluating the safety factors and displacements in order to compare the field data with the calculated results. Through parametric analysis and model calibration, it was possible to know the influence of geotechnical and geometric parameters of nailed deep excavations.

[pt] Deformabilidade e estabilidade de taludes em solo grampeado são aspectos relevantes na utilização deste sistema de reforço de taludes naturais ou resultantes de processo de escavação. A concepção do projeto envolve a escolha do comprimento, ângulo de instalação, espaçamento e resistência dos grampos. O dimensionamento, usualmente baseado na teoria do Equilíbrio Limite, não consegue prever deformações no interior da massa grampeada, assim como a redistribuição de esforços nos grampos ao longo das diversas etapas de escavação. Estas informações podem ser obtidas por modelagem computacional com o auxílio do programa FLAC, de forma a definir critérios de projeto para massas grampeadas em solo residual. Para escavações de baixa altura (inferiores a 5m), a razão entre comprimento do grampo e altura da escavação deve ser superior a 0,7 e a razão entre espaçamento vertical e comprimento do grampo inferior a 50%. Para escavações maiores, a razão entre espaçamento vertical e comprimento do grampo deve ser inferior a 25%. Para estas condições não é observada uma configuração de colapso do talude em solo grampeado. O ângulo de rotação da face da escavação é um parâmetro importante no projeto. Adicionalmente verifica-se que uma pequena variação na geometria, condições de contorno, modelo constitutivo e parâmetros do solo e do grampo causam mudanças expressivas nos valores de deslocamento, tensões iniciais e esforços axiais nos grampos. Uma pequena variação da inclinação do talude pode acarretar reduções de até 70% nos deslocamentos finais. Os esforços axiais máximos, mobilizados em cada grampo durante o processo de escavação, são maiores nos taludes mais íngremes. / [en] Deformability and stability of slopes supported by soil nailing are relevant aspects in the utilization of this reinforcement system during excavation. The project concept involves choosing the installation angle, spacing, and resistance of the soil nails. The parameters, usually determined from Limit Equilibrium Theory, cannot predict the deformation of the reinforced mass or the redistribution of stresses on the nails throughout the excavation stages. This information was obtained through computer modeling using the FLAC Program, which defined the performance of soil nailing masses in residual soil. For shallow excavations (H < 5m), the ratio between length and excavation height must be a minimum of 0.7, the ratio between spacing and length up to a maximum of 0.5. For higher excavations, the ratio between spacing and length has to be reduced to 0.25. The rotation angle of the excavation s face is an important parameter. Additionally, small variations in the geometry, boundary conditions, constitutive model, and soil and nail parameters, can cause large changes in the deformations, initial tensions and axial stresses in the nails. Regarding the slope inclination, a small variation can cause reductions of up to 70% in the final deformations. The maximum axial stresses mobilized in each nail during the process of excavation are larger in steeper slopes.

[pt] Esta pesquisa tem como objetivo a implementação de uma ferramenta numérica que contabiliza as inclusões horizontais e subhorizontais na parcela de solo devidamente discretizada por elementos finitos. Este modelo implementa a análise de esforços axiais e cisalhantes solicitados nas interfaces grampo/nata, nata/solo e no próprio aço (grampo) e, também, esforços fletores de um material “equivalente” formado pela combinação das rigidezes do grampo e da nata. Este objetivo é alcançado através da implementação de mais um “pacote” de subrotinas, denominado grampo, no programa DYNREL, desenvolvido no Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio (Figueiredo, 1991). A formulação proposta para contabilizar o efeito das inclusões considera, além dos deslocamentos nodais horizontal e vertical, a influência das rotações no sistema de forças envolvido. A parcela reativa do grampo é calculada iterativamente em função das variáveis primárias obtidas no programa principal para o meio discretizado sem reforço e, assim, acrescida ao vetor de forças internas contrárias. Logo o novo vetor de forças desbalanceadas do sistema incorpora o efeito das inclusões passivas (grampo). O presente trabalho apresenta detalhes da técnica de estruturas grampeadas, do modelo numérico de análise implementado, de exemplos de validação do comportamento das estruturas grampeadas e de exemplos ilustrativos destas estruturas. / [en] The present research has as its main objective the development of a numerical tool capable of simulating the introduction of long structural inclusions in a soil mass discretized by finite elements. Models of the behaviour of the nail/grout system and its interaction with the soil mass were implemented. These models take into account the normal and shear loads transferred at the nail-grout and grout-soil interfaces besides the axial loads and moments acting in the nail itself. The models are able to consider both elastic and inelastic behaviour both at the interfaces and the nail. The proposed models , consisting on a set of subroutines, were implemented in the program DYNREL, developped at the Civil Engineering Department of PUC Rio (Figueiredo,1991). DYNREL is a finite element program which uses dynamic relaxation as the solution algorithm for the equilibrium equations. In the implementation carried out, it is considered that the soil mass is discretized without taking into account the nail. The reactions of the nails are calculated at each time step from the displacements of the elements intercepted by the nails. These displacements are used in the developped subroutines to generate the force reactions from the nails which in turn are transferred back to the finite element mesh for the following time step calculations. The present work presents detais of the implemented models as well as validation and illustrative examples. Conclusions are drawn relative to the numerical implementation carried out and to the results obtained on the analysis of hypothetical nailed retaining structure. / [es] Esta investigación tiene como objetivo principal, el desarrollo de una herramienta numérica capaz de simular la introducción de refuerzos en una masa de suelo discretizada por elementos finitos. Fueron implementados modelos de comportamiento del sistema clavo/nata y sus interacciones con el suelo. Estos modelos consideran las cargas normales y cisallantes que actúan en las interfaces clavo - nata y nata - suelo debido a la acción de momentos y cargas axiales. Los modelos consideran tanto el comportamiento inelástico como el elástico en las interfaces y los clavos. Los modelos propuestos, que consisten en una serie de subrutinas, fueron implementados en el programa DYNREL, desarrollado en el Departamento de Ingeniería Civil de la PUC-Rio (Figueiredo, 1991). O DYNREL es un programa en elementos finitos que utiliza del Relajamiento Dinámico como algoritmo de solución para las ecuaciones de equilibrio. En la implementación se considera una masa de suelo discretizada sin llevar en cuenta el clavo. Las reacciones de los clavos se calculan en cada instante de tiempo por los desplazamientos de los elementos interceptados por los clavos. Estos desplazamientos se utilizan en las subrutinas desarrolladas para generar las fuerzas de reacción de los clavos, que son transferidos nuevamente para la red de elementos finitos para los cálculos en el instante de tiempo siguiente. Este trabajo presenta detalles de los modelos implementados, así como ejemplos de evaluación y aplicación. Se arriban a conclusiones relativas a la implementación numérica y a los resultados obtenidos del análisis de extructuras de contención clavadas hipotéticas.