Baixe Estruturas de Contenção: Parâmetros Geotécnicos e Empuxo de Terra e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity!
DISCIPLINA: Projeto de Fundações - CEULS/ULBRA - 2020/ ALUNO: Anderson Lima Marinho
ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO As estruturas de contenção são obras de engenharia civil necessárias quando o estado de equilíbrio natural de um maciço de solo ou de rocha é alterado por solicitações que podem ocasionar deformações excessivas e até mesmo o colapso. A estrutura deverá então suportar as pressões laterais (empuxo) do material a ser contido de forma a garantir segurança ao talude. Nas estruturas de contenção o objetivo das investigações geotécnicas é propiciar o reconhecimento da estratigrafia do local, possibilitando a montagem de perfil geotécnico que fará parte das análises de estabilidade, bem como identificar os parâmetros geotécnicos das camadas que compõem o perfil geotécnico e/ou orientam na sua definição. Os principais parâmetros geotécnicos são: a) Parâmetros de resistência e deformabilidade. Determinado pelo coeficiente de Poisson, ângulo de atrito e coesão; b) Parâmetros de compressibilidade. Determinado pelo índice de compressão e índice de recompressão; c) Características físicas. Determinada pelo peso específico, densidade real dos grãos, porosidade, índice de vazios; teor de umidade natural, limite de liquidez e limite de plasticidade; d) Parâmetro de permeabilidade. Determinado pelo coeficiente de permeabilidade. A determinação dos parâmetros pode ser efetuada por meio de ensaios de campo e/ou ensaios de laboratório. Os ensaios de campo são fundamentais para o reconhecimento do substrato de um terreno, estimativa de parâmetros geomecânicos e, consequentemente, para o dimensionamento de estruturas de fundações. Dentre os diferentes tipos de ensaios in situ, destacam-se o ensaio de simples reconhecimento (SPT) pela simplicidade, baixo custo e elevada experiência empírica acumulada; o ensaio de penetração de cone (CPT) pelo registro quase contínuo de resistência; e o Penetrômetro Dinâmico (DP) pela facilidade de execução e rapidez. Para o dimensionamento de estrutura de contenção pelo método clássico, além dos pesos específicos (natural e saturado), são necessários apenas os
parâmetros de resistência. Já os parâmetros necessários para as análises no método dos elementos finitos dependem do modelo constitutivo utilizado, e, geralmente, quanto mais sofisticado o modelo, maior o número de parâmetros necessários. Dentre as obras mais comuns destacam-se os muros de arrimo ou muros de gravidade, constituídos de concreto ciclópico, concreto armado, cortina atirantada, gabiões, solo cimento ensacado, muros em forma de cortina com perfis metálicos com painéis pré-moldados, estacas pranchas, etc.
Empuxo de Terra Se a solicitação imposta ao solo envolver deformações laterais de compressão ou de extensão, o equilíbrio é alterado e o solo se afasta da condição de repouso. O estado de repouso corresponde à pressão exercida pelo solo de retroaterro sobre um muro de contenção rígido e fixo, ou seja, que não sofre movimentos na direção lateral. O estado ativo ocorre quando o muro sofre movimentos laterais suficientemente grandes no sentido de se afastar do retroaterro. De forma análoga, o estado passivo corresponde à movimentação do muro de encontro ao retroaterro.
Figura 01 – Variação do coeficiente de empuxo em função do movimento de translação do muro.
A figura 01 ilustra uma variação típica do coeficiente de empuxo K em função do deslocamento de translação lateral de um muro rígido em relação ao retroaterro. Pode-se notar que o movimento lateral necessário para atingir o estado ativo é muito reduzido, da ordem de 0,1% a 0,4% da altura do muro, dependendo da
A figura 02 apresenta de forma resumida o método de Rankine para o cálculo do empuxo “E” nos estados ativo e passivo de tensões, para o caso de retroaterro com superfície horizontal. Uma vez que a distribuição de tensões laterais no muro é admitida como triangular, o ponto de aplicação do empuxo “E” situa-se a 33% da altura do muro. Entretanto, resultados experimentais em modelos reduzidos indicam que em muros com rotação no topo ou com retroaterros de areia compacta, o ponto de aplicação de “E” pode situar-se mais acima, da ordem de 40 a 50% da altura do muro. Com isto, a tendência ao tombamento do muro é, na realidade, maior do que a prevista na teoria de Rankine, sendo o erro contrário a segurança do muro. Figura 02 – Método de Rankine: cálculo do empuxo para retroaterro horizontal.
A teoria de Rankine pode ser estendida para o caso de retroaterro com superfície inclinada de um ângulo β com a horizontal (figura 03). Neste caso, a tensão efetiva do solo sobre o muro pode ainda ser admitida com distribuição triangular, porém atuando com direção β, paralela à superfície do retroaterro. A figura 03 resume os procedimentos do método de Rankine para cálculo do empuxo ativo do solo sobre o muro.
Figura 03 – Método de Rankine: cálculo do empuxo ativo para retroaterro inclinado.
Método de Coulomb Na teoria de Coulomb, considera-se o equilíbrio limite de uma cunha de solo com seção triangular, delimitada pelo tardoz do muro e pelas superfícies do retroaterro e de ruptura. A solução do problema não é rigorosamente correta, pois considera unicamente duas equações de equilíbrio de forças, desprezando o equilíbrio de momentos. Para o caso ativo, a incorreção da teoria de Coulomb é em geral desprezível (GEO, 1993). Os principais passos para a solução gráfica de Coulomb estão resumidos a seguir: i) Arbitra-se uma superfície de ruptura , com inclinação próxima à indicada pelo método de Rankine. ii) Plota-se o polígono de forças, considerando todas as magnitudes e direções das forças que atuam na cunha OA1M de solo instável (figura 04). iii) Determina-se o valor do empuxo E1 correspondente à superfície OA arbitrada. iv) Arbitra-se uma nova superfície de ruptura (OA2), plota-se o novo polígono de forças e determina-se o empuxo E2 correspondente. v) Repete-se o procedimento por diversas vezes, com o objetivo de se obter um gráfico de variação do empuxo E com a distância X (afastamento do ponto A da superfície de ruptura em relação ao ponto M no topo do muro). No caso ativo, o ponto correspondente ao valor máximo do gráfico E vs X indica a magnitude do empuxo EA e a posição da superfície crítica de coulomb. No
Figura 05 – Determinação do ponto de aplicação do empuxo.
No caso de empuxo ativo provocado por retroaterro não-coesivo (c’ = 0), a solução analítica do método de Coulomb é explicitada na figura 06.
Figura 06 – Método de Coulomb: equação para cálculo do empuxo ativo.
Exemplificação: PROJETO DE MURO DE ARRIMO
1ª. Etapa - Pré-dimensionamento. (O projeto é conduzido assumindo-se um pré-dimensionamento)
2ª. Etapa - Definição dos esforços atuantes. (Cálculo do empuxo de terra)
- Cálculo do Peso do Muro ( material – ex. concreto );
- Cálculo do empuxos totais ( solo) ;
- Cálculo dos Momentos.
- DETERMINAÇÃO DO EMPUXO DE TERRA
- AÇÃO PRODUZIDA PELO MACIÇO TERROSO SOBRE OBRAS EM CONTATO
Métodos mais utilizados:
- MÉTODO DE RANKINE
- MÉTODO DE COULOMB
Solução:
- Cálculo dos peso do muro e momentos ( peso)
