[pt] O comportamento de uma escavação grampeada em solo residual de gnaisse foi avaliado por um programa de monitoramento geotécnico do maciço reforçado. Diversas obras estão sendo realizadas no país, sem conhecimentos detalhados sobre as deformações inerentes à técnica e sobre os mecanismos de interação solo-grampo. No Brasil, menos de 10% das obras de solo grampeado utilizaram algum tipo de instrumentação. Esta pesquisa teve por objetivo a análise de uma escavação em solo residual reforçada com grampos. A escavação foi instrumentada para o monitoramento dos deslocamentos do maciço e dos esforços nos grampos. Um extenso programa experimental de ensaios de campo e laboratório foi executado para fornecer os parâmetros geotécnicos utilizados nas análises computacionais. A escavação grampeada teve cerca de 40m de altura, constituindo uma experiência inédita no país e talvez no mundo. Devido a esta altura, os grampos superiores foram instalados com comprimentos de até 24m. O comportamento do talude foi influenciado pelo processo executivo e por uma outra escavação no terreno vizinho. O monitoramento indicou que os deslocamentos do maciço e os esforços nos grampos cresceram significativamente com o avanço da escavação e não cessaram ao final da obra. Os grampos trabalharam predominantemente à tração, com momentos fletores pouco significativos. Os valores de tração estimados na fase de projeto diferiram dos resultados obtidos na instrumentação. A distribuição dos esforços de tração foi influenciada pelas características geológicas do maciço. A tração máxima (Tmáx) teve uma posição variando com a profundidade e a inclinação do talude, e uma magnitude aumentando exponencialmente com o avanço da escavação. A tração na face (To) foi de 0,3 a 0,6 de Tmáx. A resistência mobilizada no contacto solo- grampo não ultrapassou 35% do valor de qs medido nos ensaios de campo. / [en] The behavior of a nailed excavation in gneissic residual soil has been studied by a comprehensive research program, including instrumentation, field and laboratory tests and numerical analyses. Soil nailing is becoming a popular stabilization technique in Brazil. However, a solid knowledge about the soil-nail interaction is still lacking. There are a few studies about the inherent deformations of the reinforced mass and the magnitude of nail`s stresses. In Brazil, less than 10% of stabilization works have some type of instrumentation. The main objective of this research was monitoring and analysing a 40m high soil nailed slope excavation. Due to this unique height, the upper nails were installed with 24m length. The slope behavior was influenced by several factors, such as the construction technique and a subsequent excavation at one adjacent site. The results indicated a significant increase of reinforced mass displacements and of the nail s mobilized tension during the progress of the excavation. These did not cease after the end of the excavation, due to the adjacent work. During and after construction, the nails worked predominantly in tension. Estimated tension loads in the project phase were compared with the instrumentation s results. The stress distribution was influenced by local geology. The maximum axial force (Tmáx) increased exponentially with the progress of the excavation and its position, in each nail, varies with the slope s depth and inclination. The magnitude of the axial load in the excavation face is observed to be between 0,3 and 0,6 of Tmáx. The mobilization of the reinforcement elements was smaller than 35% qs.

Solo grampeado é uma alternativa eficiente utilizada em obras de reforço de solos. É resultante da inclusão de reforços, denominados grampos, em um maciço em corte. A resistência ao cisalhamento da interface solo-grampo é um dos parâmetros mais importantes para fins de projeto. Este parâmetro é determinado a partir da experiência dos projetistas e se baseia principalmente no tipo de solo e em ensaios de campo (arrancamento, sondagens a percussão e pressiométricos). Neste contexto, a realização de ensaios de arrancamento in situ é extremamente importante para a quantificação deste parâmetro e, conseqüentemente, para a elaboração de projetos mais econômicos e seguros. A execução de ensaios de arrancamento em laboratório permite verificar condições muitas vezes não encontradas em campo. Este trabalho apresenta os resultados de ensaios de arrancamento de grampos realizados em laboratório. Também foi analisada a evolução da força nos grampos e dos deslocamentos do solo. Os grampos foram instalados em um protótipo de solo grampeado sobre o qual se aplicou uma sobrecarga de 50 kPa através de uma bolsa de ar comprimido. Os ensaios de arrancamento permitiram quantificar valores de resistência ao cisalhamento de interface da ordem de 145 kPa, mobilizados com pequenos deslocamentos dos grampos. O arrancamento de grampos instrumentados indicou que cerca de 90% do comprimento total dos grampos foi solicitado. Ao final dos ensaios de arrancamento, os grampos foram extraídos completamente do maciço de solo o que permitiu comprovar a sua integridade física. Os deslocamentos do solo foram máximos próximo ao topo do protótipo e na direção horizontal. Os resultados demonstram a viabilidade de estudar o comportamento do maciço reforçado a partir do comportamento do protótipo de solo grampeado construído em laboratório. / Soil nailing is an efficient soil reinforcement technique which uses inclusions, namely nails, in soil slopes. Unit skin friction is one of the most important parameters used in soil nailing design. The definition of this parameter is commonly based on local experience and correlations to some in situ tests. This work presents the results obtained from the pullout test carried out in a soil nailed wall prototype built in laboratory. Forces acting in nails were measured by strain gage instrumentation. Soil displacement was measured in short and long terms. The pullout tests were carried out after the application of a uniform surcharge given by a compressed air bag. The results showed that unit skin friction was about 145 kPa, mobilized with little nail displacements. About 90% of nail length were solicited during pullout tests, according to tests performed in strain gage instrumented nails. Nail extraction showed a high level of nail integrity. Soil displacements were higher close to the wall top, near the face. These results demonstrate the feasibility of using of laboratory prototype studies to investigate the geotechnical behavior of soil nailing structures.

Solo grampeado é uma alternativa eficiente utilizada em obras de reforço de solos. É resultante da inclusão de reforços, denominados grampos, em um maciço em corte. A resistência ao cisalhamento da interface solo-grampo é um dos parâmetros mais importantes para fins de projeto. Este parâmetro é determinado a partir da experiência dos projetistas e se baseia principalmente no tipo de solo e em ensaios de campo (arrancamento, sondagens a percussão e pressiométricos). Neste contexto, a realização de ensaios de arrancamento in situ é extremamente importante para a quantificação deste parâmetro e, conseqüentemente, para a elaboração de projetos mais econômicos e seguros. A execução de ensaios de arrancamento em laboratório permite verificar condições muitas vezes não encontradas em campo. Este trabalho apresenta os resultados de ensaios de arrancamento de grampos realizados em laboratório. Também foi analisada a evolução da força nos grampos e dos deslocamentos do solo. Os grampos foram instalados em um protótipo de solo grampeado sobre o qual se aplicou uma sobrecarga de 50 kPa através de uma bolsa de ar comprimido. Os ensaios de arrancamento permitiram quantificar valores de resistência ao cisalhamento de interface da ordem de 145 kPa, mobilizados com pequenos deslocamentos dos grampos. O arrancamento de grampos instrumentados indicou que cerca de 90% do comprimento total dos grampos foi solicitado. Ao final dos ensaios de arrancamento, os grampos foram extraídos completamente do maciço de solo o que permitiu comprovar a sua integridade física. Os deslocamentos do solo foram máximos próximo ao topo do protótipo e na direção horizontal. Os resultados demonstram a viabilidade de estudar o comportamento do maciço reforçado a partir do comportamento do protótipo de solo grampeado construído em laboratório. / Soil nailing is an efficient soil reinforcement technique which uses inclusions, namely nails, in soil slopes. Unit skin friction is one of the most important parameters used in soil nailing design. The definition of this parameter is commonly based on local experience and correlations to some in situ tests. This work presents the results obtained from the pullout test carried out in a soil nailed wall prototype built in laboratory. Forces acting in nails were measured by strain gage instrumentation. Soil displacement was measured in short and long terms. The pullout tests were carried out after the application of a uniform surcharge given by a compressed air bag. The results showed that unit skin friction was about 145 kPa, mobilized with little nail displacements. About 90% of nail length were solicited during pullout tests, according to tests performed in strain gage instrumented nails. Nail extraction showed a high level of nail integrity. Soil displacements were higher close to the wall top, near the face. These results demonstrate the feasibility of using of laboratory prototype studies to investigate the geotechnical behavior of soil nailing structures.

[pt] A utilização de inclusões passivas para reforços de solos, técnica comumente conhecida como solo grampeado, vem tendo aceitação crescente junto a profissionais de engenharia civil, em especial no Rio de Janeiro. Esta técnica, porém, carece de um estudo detalhado sobre a influência dos parâmetros relevantes na deformabilidade de maciços grampeados. Os grampos são inclusões rígidas, instaladas suborizontalmente, sem tensão ou trecho livre, pois as barras de aço são introduzidas em um furo preenchido com calda de cimento. As forças axiais nos grampos são obtidas através da descompressão lateral causada pela escavação do solo. O grampeamento é feito na massa de solo à medida que escavações são executadas em etapas, obtendo se uma zona reforçada que atua como suporte da massa de solo posterior, sem reforço. A face frontal da escavação é usualmente protegida por concreto projetado, sem funções estruturais. Esta pesquisa objetiva avaliar a influência dos diversos parâmetros geotécnicos e geométricos no comportamento tensão deformação de escavações grampeadas com face vertical e superfície do terreno horizontal. A análise paramétrica foi realizada pelo FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua) que é um programa computacional baseado no método das diferenças finitas. Este programa simula o comportamento bidimensional de estruturas reforçadas, constituídas de solo e ou rocha, que possam ser submetidos a escoamento plástico quando o limite de resistência é atingido. Os resultados mostram que o módulo de Young (E) e a coesão do solo (c) são de grande relevância para o projeto de estruturas grampeadas. Adicionalmente, as análises indicam que a resistência ao cisalhamento na interface solo-grampo (qs) é também um parâmetro importante, particularmente nos casos com grampos de comprimento (L) inferior a 80 por cento da profundidade de escavação (H) (L/H < 0,80). Recomenda-se que o valor de qs seja determinado diretamente a partir de ensaios de arrancamento no campo. No que se refere à inclinação dos grampos, os resultados mostram que não há diferenças significativas nos deslocamentos do maciço reforçado para lambda menor ou igual a 10 graus. Estes resultados são particularmente interessantes do ponto de vista de execução, pois inclinações da ordem de 10 graus facilitam os procedimentos de injeção no campo. Os resultados obtidos nesta pesquisa indicam o uso de comprimentos de grampos maiores que 70 por cento da altura de escavação (L/H > 0,70) na técnica do solo grampeado. / [en] The use of passive inclusion for soil reinforcements, technique usually known as soil nailing, has been gaining growing acceptance within civil engineering professionals,especially in Rio de Janeiro. However this technique lacks a more detailed study on the elevant parameters influencing the deformability of soil nailed masses. The nails are rigid inclusions, sub horizontally positioned, without tension or free space between the nail and the surrounding soil mass. The axial forces on the nails are developed due to lateral decompression caused by soil excavation. As the excavation stages proceed, the nails are successively being installed, producing a reinforced zone, which acts as a support for the soil mass. The frontal face of the excavation is usually protected by shotcrete, and has no structural functions. This research aims at evaluating the influence of the various geotechnical and geometric parameters on the stress strain behavior of nailed excavations, with vertical face and horizontal soil surface. The parametric analysis was performed using FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua), which is a computer program based on the finite difference method. This program simulates bi dimensional behavior of reinforced structures of soils and or rocks,which may be submitted to plastic flow when the strength limit is reached. The results show that the Youngs modulus (E) and soil cohesion (c ) have a very significant influence on the displacement of a soil nailing structure. The analysis also indicates that the mobilized shear strength at the soil nail interface (qs) is also an important parameter, particularly for nail lengths (L) smaller than 0,80 of the excavation height (H) (L/H < 0,80). It is therefore recommended that qs be directly determined by pullout in situ tests. Regarding nail inclination the results suggests no significant influence on the reinforced soil mass displacement for alpha less or equal than 10 degrees. These results are particularly relevant for engineering practice, because a 10 degrees inclination facilitates grouting injections in the field. The results in this research indicates the use of nail lengths (L) greater than 0,70 of the excavation height (H) (L/H greater than 0,70) in soil nailing technique.

[pt] O solo grampeado ou solo pregado é uma técnica em que o reforço do maciço é obtido através da inclusão de elementos resistentes à tração, esforços cortantes e momentos de flexão. São apresentados a caracterização, instrumentação e monitoramento de uma escavação grampeada em uma encosta na cidade de Niterói (RJ). O talude possui altura superior a 30m em solo residual de gnaisse. A caracterização geotécnica compreendeu as fases de campo e laboratório. Para a caracterização de campo foram utilizados os dados de sondagens a percussão, mapeamento geológico- geotécnico e ensaios de arrancamento. No programa de vestigações de laboratório foram realizados ensaios com o objetivo obter parâmetros dos solos necessários ao estudo do desempenho da obra em solo grampeado. A instrumentação projetada foi composta por tell tales, inclinômetros e grampos instrumentados com strain gages. As informações relativas ao monitoramento demonstram que os tell tales comportam-se qualitativamente equivalente aos inclinômetos. Os grampos instrumentados permitiram o acompanhamento das cargas ao longo do processo de escavação. Adicionalmente foram realizadas simulações numéricas em termos de equilíbrio limite, que permitiram avaliar o fator da segurança da escavação ao longo da obra, e tensão deformação que reproduziram os deslocamentos na encosta e cargas nos grampos com erro em torno de 25%. O conhecimento do comportamento de um maciço de solo grampeado é fundamental para o aprimoramento das técnicas de projeto e execução de solo grampeado. / [en] Soil Nailing is a technique where the slope stability is gotten through traction resistant elements (nails). This research shows the characterization,instrumentation and monitoring of a high wall soil nailed excavation in Niterói (RIO DE JANEIRO). The slope heights more than 30m and the soil was characterized as residual gneiss. The geotechnical caracterization was divided into field and laboratory phases. The field data used was SPT test, geotechnical mapping and pull-out tests. The laboratory tests were selected to inquiry parameters to evaluate the behavior of a soil nailed wall. The designed instrumentation was composed of tell tales, inclinometers and nails with strain gauges. The comparative analyses show that the results obtaneid through tell tales are similar to those obtanied by the inclinometers. The instrumented nails had allowed to monitoring the development of loads during the soil excavation. Additionally, numerical simulations had been carried out to evaluate the safety factor during the excavation, and to predict displacements and loads in the nails with an error around 25%. The knowledge of the behavior of soil nailed excavation is essential for the desing and improvement of this technique.

[pt] A utilização de inclusões passivas para reforços de solos, comumente conhecida como solo grampeado, vem tendo aceitação crescente no meio geotécnico, em especial no sudeste do Brasil. Porém, esta técnica carece de estudos mais detalhados, em particular sobre a resistência ao arrancamento [qs] e sobre a influência de parâmetros tais como o tempo de cura da calda de cimento, o número de injeções, a lavagem do furo e o tipo de solo. Assim, nesta pesquisa, estudou-se o comportamento tensão- deformação-resistência de grampos sob solicitação de arrancamento, em função do método de instalação. Foram considerados grampos com e sem pré- lavagem do furo, com uma ou duas injeções de nata de cimento, com três ou dez dias de cura. Os grampos foram executados em solo residual (maduro ou jovem) e em rocha alterada de gnaisse na cidade de Niterói, RJ. Esta pesquisa apresenta uma metodologia de instrumentação de grampos. O monitoramento das deformações dos strain gages distribuídos ao longo do comprimento dos grampos forneceu ferramentas para se analisar os mecanismos de distribuição de carga e deformação dos grampos. Esta pesquisa propõe ainda uma metodologia a ser adotada em ensaios de arrancamento de grampos, enfocando-se os detalhes executivos. Alguns dos grampos ensaiados foram exumados e os resultados são apresentados, destacando-se os aspectos da superfície de arrancamento, a uniformidade do diâmetro, a presença de fissuras no grampo, e a litologia dos materiais encontrados ao longo do comprimento do grampo. Uma das principais conclusões é a de que o arrancamento de grampos re-injetados (bainha + 1 injeção) executados em solo residual maduro forneceu resistência ao arrancamento em média 37% superior à do grampo com 1 injeção (bainha). / [en] The use of passive inclusions for soil reinforcement, commonly known as soil nail, has experienced an increasing acceptance in the geothecnical projects, especially in the southeast of Brazil. However, this technique still lacks more detailed studies regarding the influence of different installation methods on the pullout resistance [qs]. This research was focused on the study of stress-strainstrength behavior of nails under pullout loading, under different installation procedures. A comprehensive series of pullout tests was carried out on nails installed in holes with and without pre-washing procedures, with one or two consecutive pre-injection steps os cement mortar and with curing time of three or ten days. Test nails were installed in residual gneissic soils with different degrees of weathering along a profile in the same slope in the city of Niterói, Brazil. This methodology developed for the instrumentation of test nails is described in detail. Several strain gages were installed on the nails, for monitoring the strain distribution along the length of the nails. Some of the tested nails were exhumed and observed in detail. This investigation reveals the aspects of the soil-nail interface, with special attention to the uniformity in diameter to the presence of fissures along the nail, and the litology of materials found along the length of the nail. One of the main findings of this experimental investigation is that the re-injection of nails in residual soil resulted in an average increase of 37% of the pullout resistance qs as compared to usual nails with no re-injection procedures. This research concludes with a proposal for a standard methodology to be adopted in nail´s pullout tests.

[pt] A presente pesquisa trata da avaliação da resistência ao arrancamento de grampos em solo residual de gnaisse. Foram realizados ensaios de arrancamento em uma obra de solo grampeado executada em um maciço de solo residual de gnaisse. A resistência ao arrancamento foi avaliada em 4 cotas diferentes ao longo do perfil de escavação. Foram realizados 8 ensaios de arrancamento em grampos de 4m de comprimento. Quatro ensaios foram executados em grampos instrumentados com strain-gages, para avaliar a distribuição das cargas de tração durante os estágios de carregamento. Foram também realizados ensaios de cisalhamento direto no solo e na interface solo/cimento para avaliação das propriedades mecânicas destes materiais. Amostras indeformadas foram coletadas imediatamente à frente dos furos de instalação dos grampos ensaiados garantindo uma maior representatividade dos materiais. Uma relação semi-empírica é proposta para se avaliar a resistência do solo e da interface solo/nata de cimento, obtidos em ensaios de cisalhamento direto no laboratório. Os resultados obtidos nesta pesquisa são comparados com ensaios realizados por outros autores, em encostas de solos residuais de gnaisse e empregados para validação da relação desenvolvida. / [en] The present research presents an evaluation of the pullout resistance of nails in residual gneissic soil. Pullout tests were carried out in 4 different levels of the nailed wall with nails 4m long. Four tests were carried out in strain-gauged nails for evaluating the tension distribuition along the nail. A series of direct shear tests in soil specimens and in the soil/grout interface were also performed for obtaining the mechanical properties of these materials. Undisturbed samples had been collected very close to the pull-out test locations. A semi-empirical relation is proposed for evaluating the pullout resistance of nails, based on the shear strenghth parameters of the soil and of the soil/grout interface from laboratory direct shear tests.