Apostila Empuxos De Terra - 3

ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO – AULA 1

CIV 247 – OBRAS DE TERRA – Prof. Romero César Gomes

Aula 1


1.1 Introdução.
1.2 Tipos de Estruturas de Contenção.
1.3 Empuxos de Terra.

Introdução São estruturas projetadas para resistir a empuxos de terra e/ou água, cargas estruturais e quaisquer outros esforços induzidos por estruturas ou equipamentos adjacentes. As estruturas de arrimo são utilizadas quando se deseja manter uma diferença de nível na superfície do terreno e o espaço disponível não é suficiente para vencer o desnível através de taludes.

Critérios para Escolha de uma Estrutura de Contenção • altura da estrutura; • cargas atuantes; • natureza e características do solo a ser arrimado; • natureza e características do solo de fundação; • condições do NA local; • espaço disponível para construção; • equipamentos e mão de obra disponíveis; • experiência e prática das equipes; • especificações técnicas especiais; • análise de custos.

Introdução Podem ser executadas em caráter temporário (escoramentos de valas por exemplo) ou em caráter permanente (muros de arrimo por exemplo).

Se a escavação for realizada abaixo do lençol freático, deve proceder-se previamente ao rebaixamento do NA...

... e, quando for necessário diminuir as pressões da água sobre a estrutura definitiva, deve ser incorporado um dreno junto ao muro de arrimo.

Critérios de Projeto de Estruturas de Contenção


Natureza da estrutura (tipos diferentes para propósitos diferentes)
Geometria do Terreno e Condições Geotécnicas Locais
Posição do NA e Condições de Drenagem
Empuxos de Terra e Cargas Atuantes
Propriedades dos solos locais: peso específico, coesão, ângulo de atrito
Movimentos relativos solo - estrutura
Metodologias construtivas

Tipos de Estruturas de Contenção • Estruturas de Contenção com Reaterro  Muros de gravidade: são estruturas cuja estabilidade é função apenas do seu peso próprio. – – – – – –

concreto alvenaria de pedras (secas ou argamassadas) gabiões ‘crib – wall’ sacos de solo – cimento pneus, etc

 Muros de gravidade de seção aliviada: a seção do muro é reduzida, utilizando-se uma armação para absorver os esforços de tração atuantes.

Introdução • muros de gravidade convencionais de concreto ou de alvenaria de pedras

Tipos de Estruturas de Contenção • Muros de gabiões: são estruturas formadas pela superposição de fôrmas (com formato de caixas, colchões ou sacos) de malhas metálicas ou plásticas, que são preenchidas por pedras de mão ou blocos de rocha.

Tipos de Estruturas de Contenção • Muros tipo ‘crib wall’: são estruturas formadas pela montagem, num arranjo tipo ‘fogueira’, de vigotas pré-moldadas de concreto ou de madeira, com os espaços internos preenchidos com solo granular compactado.

Tipos de Estruturas de Contenção • Outras variantes de muros de gravidade: muros de sacos de solo – cimento.

Tipos de Estruturas de Contenção • Outras variantes de muros de gravidade: muros de blocos pré-moldados de concreto.

Tipos de Estruturas de Contenção • Outras variantes de muros de gravidade: muros de pneus

Tipos de Estruturas de Contenção • Estruturas de Contenção com Reaterro  Muros de flexão: são estruturas em concreto armado, comumente sob as formas de L ou T invertido.  Muros de contrafortes: são estruturas em concreto armado dotadas de contrafortes para aumentar a rigidez do muro.

Tipos de Estruturas de Contenção

Tipos de Estruturas de Contenção • Estruturas de Contenção com Reaterro  Aterros Reforçados: – Terra Armada – geossintéticos

Tipos de Estruturas de Contenção • Estruturas de Contenção sem Reaterro

 cortina de estacas – pranchas  paredes de estacas metálicas com pranchões de madeira  paredes diafragma  muros de estacas escavadas  solo grampeado (‘soil nailing’)  cortinas atirantadas

Tipos de Estruturas de Contenção • Cortinas de estacas – pranchas: são estruturas constituídas por estacas-pranchas adjacentes, que são cravadas no terreno e que possuem engates laterais que permitem a conexão entre elas e a formação de uma cortina. As estacas são comumente de aço ou de concreto, podendo ser usados elementos de madeira em obras provisórias. Para resistir aos esforços da cravação, sem sofrer flambagem, as estacas-pranchas metálicas possuem configurações especiais que lhe garantem a rigidez necessária, mesmo tendo pequenas espessuras.

Tipos de Estruturas de Contenção

Tipos de Estruturas de Contenção Paredes de Estacas Metálicas com Pranchões de Madeira: as paredes são constituídas de estacas metálicas, geralmente de seção “H”, que são cravadas com certos espaçamentos nos limites da área a ser escavada, sendo posteriormente introduzidos pranchões de madeira entre elas e dispositivos transversais de escoramento (“estroncas”), de acordo com o avanço da escavação.

Tipos de Estruturas de Contenção Paredes Diafragma: são estruturas contínuas de concreto armado, concretadas em módulos ou painéis antes do início da escavação, com espessuras típicas entre 0,40 e 1,00m ou mais. Os painéis são escavados por meios de ferramentas especiais, a partir da superfície do terreno, atingindo profundidades superiores a 40 metros. A largura dos painéis pode variar de 2 a 4 metros, podendo ser executados em seqüência ou em trechos alternados. A estabilidade das paredes é garantida pelo preenchimento da escavação com lama bentonítica, constituída por uma mistura bem dosada de água e bentonita e que apresenta propriedades tixotrópicas, ou seja, a lama tende a manifestar uma certa consistência quando em repouso e perder esta consistência quando agitada (durante a escavação).

Tipos de Estruturas de Contenção PD pré-moldada

PD atirantada

Tipos de Estruturas de Contenção Muros de Estacas Escavadas: são estruturas constituídas por estacas justapostas de concreto, moldadas in situ e escavadas por processo rotativo, utilizando-se revestimento metálico (recuperado à medida em que se procede a concretagem da estaca) ou lama bentonítica (concretagem submersa, por meio da substituição contínua da lama pelo concreto). A parede final pode ser composta por estacas espaçadas, adjacentes ou secantes; neste último caso, a execução da estaca seguinte é feita antes da cura do concreto da estaca anterior.

Tipos de Estruturas de Contenção Solo Grampeado (‘Soil Nailing’): é um sistema de contenção, aplicado a cortes, que emprega chumbadores, concreto projetado e drenagem (superficial e profunda). A partir do corte executado ou existente, inicia-se a execução da primeira linha de chumbadores, aplicação do revestimento de concreto projetado e execução da drenagem, e assim sucessivamente, até o fundo da escavação. Para um talude já cortado, pode-se trabalhar de forma ascendente ou descendente, de acordo com a conveniência da obra.

Tipos de Estruturas de Contenção concreto projetado

drenos horizontais profundos (DHP’s)

Tipos de Estruturas de Contenção Cortinas Atirantadas: são estruturas constituídas por placas de concreto que são ancoradas no terreno por tirantes, elementos que permitem transferir, por tração, esforços para o interior do maciço. Os tirantes podem ser de barra, de fios e de cordoalha e sua instalação ocorre de cima para baixo, de acordo com o avanço da escavação (comumente com um sistema de drenagem associado).

Tipos de Estruturas de Contenção

tirante

drenos

Empuxos de Terra – Estado K0 No caso de um depósito de solo natural homogêneo e NT horizontal: NT

σv’ σh’

X

a relação σh’/σv’ é constante e é chamada de coeficiente de empuxo em repouso K0. Nestas condições (estado K0), NÃO SE TEM DEFORMAÇÕES LATERAIS NO SOLO.. SOLO

Empuxos de Terra – Estado K0 Estimativas de K0

Para Argilas Normalmente Adensadas e Solos Granulares: K0 = 1 – sen φ’ Para Argilas Sobreadensadas: K0,SA = K0,NA . OCR0.5 Da Teoria da Elasticidade:

K0 =

υ 1−υ

coeficiente de Poisson

Empuxos de Terra em Repouso

Eo=1/2 γ H2 Ko

Empuxos de Terra em Repouso

presença de NA

Empuxos de Terra Ativos e Passivos

Empuxo Ativo: é a pressão limite induzida entre o solo e o muro quando existe uma tendência de movimentação do solo no sentido de se expandir horizontalmente.

Empuxo Passivo: é a pressão limite induzida entre o solo e o muro quando existe uma tendência de movimentação do solo no sentido de se comprimir horizontalmente.

Empuxos de Terra Ativos σv’ = γz σv’ z σh’

A

- solos granulares

Inicialmente, não existem deslocamentos laterais:

∴σh’ = K0 σv’ = K0 γz No movimento da parede para fora do solo: σv’ permanece a mesma σh’ diminui até ocorrer a ruptura

estado ativo

Empuxos Ativos τ

estado K0 inicial ruptura (estado ativo)

σv’ pressão limite no estado ativo

diminuição de σh’

σ σh ’

estado K0 estado ativo

movimento da parede

Empuxos Ativos plano de ruptura: ângulo de 45 + φ/2 com a horizontal

τ

45 + φ/2

φ

[σh’]ativo

σv’

σ

[σ h ' ]ativo = K A σ v ' KA =

1 − senφ = tg 2 (45 − φ/2) 1 + senφ

coeficiente de empuxo ativo de Rankine

Empuxos Ativos [σ h ' ]ativo = p a = γzK a − 2c K a

- solos coesivos Rankine

Ka -

− 2c K a

zo zo =

2c γ Ka

H Ea + K aγH

1 (H − zo ) 3

coeficiente de empuxo ativo

H

Ea =

∫

Ea =

1 K a γ(H 2 − z o 2 ) − 2c K a (H − z o ) 2

zo

p a dz

K a γ(H − z o ) 2 Ea = 2

Empuxos de Terra Passivos σv’ = γz σv’ z σh’

A

- solos granulares

Inicialmente, não existem deslocamentos laterais:

∴σh’ = K0 σv’ = K0 γz No movimento da parede em direção ao solo: σv’ permanece a mesma σh’ aumenta até ocorrer a ruptura

estado passivo

Empuxos de Terra Passivos τ

estado K0 inicial ruptura (estado passivo)

pressão limite no estado passivo

σv’ estado passivo σh ’

estado K0

movimento da parede

aumento de σh’

σ

Empuxos de Terra Passivos τ

φ

σv’

[σh’]passivo

σ

[σ h ' ]passivo = K P σ v ' 1 + sen φ Kp = = tg 2 ( 45 + φ / 2) 1 − sen φ

coeficiente de empuxo passivo de Rankine

Empuxos de Terra Passivos - solos coesivos [σ h ' ]passivo = p p = γzK p + 2c K p

Rankine

Kp -

H

Ep 1 H 2 1 H 3 2c K P

K pγH

coeficiente de empuxo passivo

H

Ep =

∫

Ep =

1 2 γH K p + 2cH K p 2

zo

p p dz

Empuxos de Terra Empuxo no Repouso – condições naturais (nenhuma deformação no muro e nenhuma mudança nas tensões horizontais)

Caso Passivo

Caso Ativo

σv σh Tensão

Empuxo Ativo - deformação do muro e decréscimo da tensão horizontal

0

Empuxo Passivo - deformação do muro e aumento da tensão horizontal

Empuxo passivo

δp >> δa Empuxo no repouso Empuxo ativo

δa

δp

Deslocamento

Empuxos de Terra  Teoria de Empuxo de Rankine (1857)  muro sem atrito  paramento do muro vertical  aterro horizontal  muro flexível

[σ h ' ]ativo = γzK a − 2c K a [σ h ' ]passivo = γzK p + 2c K p

Empuxos de Terra • Rankine - Superfície do terreno Inclinada de um Ângulo β

K a = cos β

K p = cos β

cos β − cos β − cos φ 2

2

cos β + cos β − cos φ 2

2

cos β + cos β − cos φ 2

2

cos β − cos β − cos φ 2

2

Empuxos de Terra Teoria de Empuxo de Coulomb (1776) C

β

A

Ea W δ D

φ θ

α

φ

B

Ea δ: atrito entre o muro/solo

α−δ W

R Ea

αo

R θ−φ

α

Empuxos de Terra

ka =

sen (α + φ ) 2

 sen(φ + δ ) sen(φ − β )  sen (α ) sen(α − δ ) 1 +  sen(α − δ ) sen(α + β )  

2

2

kp =

sen 2 (α − φ )  sen(φ + δ ) sen(φ + β )  sen (α ) sen(α + δ ) 1 −  sen(α + δ ) sen(α + β )   2

2

Distribuição de Pressões sobre um Muro [σh’]ativo EA e EP são as resultantes das tensões ativas e passivas sobre o muro

[σh’]passivo

H

EA=0.5 γH2 Ka h

EP=0.5 γH2 Kp

KPγh

KAγH

Distribuição de Pressões sobre um Muro Solo

distribuição dos empuxos ativos

Solo

distribuição dos empuxos passivos

Solo

Distribuição de Pressões sobre um Muro q Muro com sobrecarga q: Solo σv

γ

p a = γzK a + qK a

Ka

H σa

Ea =

∫

H

zo

e a dz

1 E a = γH 2 K a + qHK a 2

γzK a

qKa

Distribuição de Pressões sobre um Muro q Muro com sobrecarga q: Solo σv

γ

p a = γzK a + qK a

Ka

H σa

qKa γzK a

Ea =

∫

H

zo

e a dz

1 E a = γH 2 K a + qHK a 2