ESTRUTURAS DE CONTENO AULA 1

CIV 247 OBRAS DE TERRA Prof. Romero Csar Gomes

Aula 1

1.1 Introduo. 1.2 Tipos de Estruturas de Conteno. 1.3 Empuxos de Terra.

IntroduoSo estruturas projetadas para resistir a empuxos de terra e/ou gua, cargas estruturais e quaisquer outros esforos induzidos por estruturas ou equipamentos adjacentes. As estruturas de arrimo so utilizadas quando se deseja manter uma diferena de nvel na superfcie do terreno e o espao disponvel no suficiente para vencer o desnvel atravs de taludes.

Critrios para Escolha de uma Estrutura de Conteno altura da estrutura; cargas atuantes; natureza e caractersticas do solo a ser arrimado; natureza e caractersticas do solo de fundao; condies do NA local; espao disponvel para construo; equipamentos e mo de obra disponveis; experincia e prtica das equipes; especificaes tcnicas especiais; anlise de custos.

IntroduoPodem ser executadas em carter temporrio (escoramentos de valas por exemplo) ou em carter permanente (muros de arrimo por exemplo).

Se a escavao for realizada abaixo do lenol fretico, deve proceder-se previamente ao rebaixamento do NA...

... e, quando for necessrio diminuir as presses da gua sobre a estrutura definitiva, deve ser incorporado um dreno junto ao muro de arrimo.

Critrios de Projeto de Estruturas de Conteno

Natureza da estrutura (tipos diferentes para propsitos diferentes) Geometria do Terreno e Condies Geotcnicas Locais Posio do NA e Condies de Drenagem Empuxos de Terra e Cargas Atuantes Propriedades dos solos locais: peso especfico, coeso, ngulo de atrito Movimentos relativos solo - estrutura Metodologias construtivas

Tipos de Estruturas de Conteno Estruturas de Conteno com Reaterro Muros de gravidade: so estruturas cuja estabilidade funo apenas do seu peso prprio. concreto alvenaria de pedras (secas ou argamassadas) gabies crib wall sacos de solo cimento pneus, etc

Muros de gravidade de seo aliviada: a seo do muro reduzida, utilizando-se uma armao para absorver os esforos de trao atuantes.

Introduo muros de gravidade convencionais de concreto ou de alvenaria de pedras

Tipos de Estruturas de Conteno Muros de gabies: so estruturas formadas pela superposio de frmas (com formato de caixas, colches ou sacos) de malhas metlicas ou plsticas, que so preenchidas por pedras de mo ou blocos de rocha.

Tipos de Estruturas de Conteno Muros tipo crib wall: so estruturas formadas pela montagem, num arranjo tipo fogueira, de vigotas pr-moldadas de concreto ou de madeira, com os espaos internos preenchidos com solo granular compactado.

Tipos de Estruturas de Conteno Outras variantes de muros de gravidade: muros de sacos de solo cimento.

Tipos de Estruturas de Conteno Outras variantes de muros de gravidade: muros de blocos pr-moldados de concreto.

Tipos de Estruturas de Conteno Outras variantes de muros de gravidade: muros de pneus

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

Tipos de Estruturas de Conteno

Tipos de Estruturas de Conteno Estruturas de Conteno com Reaterro Aterros Reforados: Terra Armada geossintticos

Tipos de Estruturas de Conteno Estruturas de Conteno sem Reaterro

cortina de estacas pranchas paredes de estacas metlicas com pranches de madeira paredes diafragma muros de estacas escavadas solo grampeado (soil nailing) cortinas atirantadas

Tipos de Estruturas de Conteno Cortinas de estacas pranchas: so estruturas constitudas por estacas-pranchas adjacentes, que so cravadas no terreno e que possuem engates laterais que permitem a conexo entre elas e a formao de uma cortina. As estacas so comumente de ao ou de concreto, podendo ser usados elementos de madeira em obras provisrias. Para resistir aos esforos da cravao, sem sofrer flambagem, as estacas-pranchas metlicas possuem configuraes especiais que lhe garantem a rigidez necessria, mesmo tendo pequenas espessuras.

Tipos de Estruturas de Conteno

Tipos de Estruturas de ContenoParedes de Estacas Metlicas com Pranches de Madeira: as paredes so constitudas de estacas metlicas, geralmente de seo H, que so cravadas com certos espaamentos nos limites da rea a ser escavada, sendo posteriormente introduzidos pranches de madeira entre elas e dispositivos transversais de escoramento (estroncas), de acordo com o avano da escavao.

Tipos de Estruturas de ContenoParedes Diafragma: so estruturas contnuas de concreto armado, concretadas em mdulos ou painis antes do incio da escavao, com espessuras tpicas entre 0,40 e 1,00m ou mais. Os painis so escavados por meios de ferramentas especiais, a partir da superfcie do terreno, atingindo profundidades superiores a 40 metros. A largura dos painis pode variar de 2 a 4 metros, podendo ser executados em seqncia ou em trechos alternados. A estabilidade das paredes garantida pelo preenchimento da escavao com lama bentontica, constituda por uma mistura bem dosada de gua e bentonita e que apresenta propriedades tixotrpicas, ou seja, a lama tende a manifestar uma certa consistncia quando em repouso e perder esta consistncia quando agitada (durante a escavao).

Tipos de Estruturas de ContenoPD pr-moldada

PD atirantada

Tipos de Estruturas de ContenoMuros de Estacas Escavadas: so estruturas constitudas por estacas justapostas de concreto, moldadas in situ e escavadas por processo rotativo, utilizando-se revestimento metlico (recuperado medida em que se procede a concretagem da estaca) ou lama bentontica (concretagem submersa, por meio da substituio contnua da lama pelo concreto). A parede final pode ser composta por estacas espaadas, adjacentes ou secantes; neste ltimo caso, a execuo da estaca seguinte feita antes da cura do concreto da estaca anterior.

Tipos de Estruturas de ContenoSolo Grampeado (Soil Nailing): um sistema de conteno, aplicado a cortes, que emprega chumbadores, concreto projetado e drenagem (superficial e profunda). A partir do corte executado ou existente, inicia-se a execuo da primeira linha de chumbadores, aplicao do revestimento de concreto projetado e execuo da drenagem, e assim sucessivamente, at o fundo da escavao. Para um talude j cortado, pode-se trabalhar de forma ascendente ou descendente, de acordo com a convenincia da obra.

Tipos de Estruturas de Contenoconcreto projetado

drenos horizontais profundos (DHPs)

Tipos de Estruturas de ContenoCortinas Atirantadas: so estruturas constitudas por placas de concreto que so ancoradas no terreno por tirantes, elementos que permitem transferir, por trao, esforos para o interior do macio. Os tirantes podem ser de barra, de fios e de cordoalha e sua instalao ocorre de cima para baixo, de acordo com o avano da escavao (comumente com um sistema de drenagem associado).

Tipos de Estruturas de Conteno

tirante

drenos

Empuxos de Terra Estado K0No caso de um depsito de solo natural homogneo e NT horizontal:NT

v h X

a relao h/v constante e chamada de coeficiente de empuxo em repouso K0. Nestas condies (estado K0), NO SE TEM DEFORMAES LATERAIS NO SOLO. SOLO.

Empuxos de Terra Estado K0Estimativas de K0

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

K0 =

1

coeficiente de Poisson

Empuxos de Terra em Repouso

Eo=1/2 H2 Ko

Empuxos de Terra em Repouso

presena de NA

Empuxos de Terra Ativos e Passivos

Empuxo Ativo: a presso limite induzida entre o solo e o muro quando existe uma tendncia de movimentao do solo no sentido de se expandir horizontalmente.

Empuxo Passivo: a presso limite induzida entre o solo e o muro quando existe uma tendncia de movimentao do solo no sentido de se comprimir horizontalmente.

Empuxos de Terra Ativosv = z v z h A - solos granulares

Inicialmente, no existem deslocamentos laterais:

h = K0 v = K0 z No movimento da parede para fora do solo: v permanece a mesma h diminui at ocorrer a ruptura

estado ativo

Empuxos Ativos

estado K0 inicial ruptura (estado ativo)

vpresso limite no estado ativo

h estado K0 estado ativo

diminuio de h

movimento da parede

Empuxos Ativos

plano de ruptura: ngulo de 45 + /2 com a horizontal

45 + /2

[h]ativo

v

[ h ' ]ativo = K A v 'KA = 1 sen = tg 2 (45 /2) 1 + sencoeficiente de empuxo ativo de Rankine

Empuxos Ativos- solos coesivos Rankine 2c K a

[ h ' ]ativo = p a = zK a 2c K aKa coeficiente de empuxo ativo

Ea = Ea =2c Ka

H

zozo =

zo

p a dz

1 K a (H 2 z o 2 ) 2c K a (H z o ) 2 K a (H z o ) 2 Ea = 2

H Ea +K aH

1 (H zo ) 3

Empuxos de Terra Passivosv = z v z h A - solos granulares

Inicialmente, no existem deslocamentos laterais:

h = K0 v = K0 z No movimento da parede em direo ao solo: v permanece a mesma h aumenta at ocorrer a ruptura

estado passivo

Empuxos de Terra Passivosestado K0 inicial ruptura (estado passivo)

presso limite no estado passivo

vestado passivo h

aumento de h

estado K0

movimento da parede

Empuxos de Terra Passivos

v

[h]passivo

[ h ' ]passivo = K P v '1 + sen Kp = = tg 2 ( 45 + / 2) 1 sen coeficiente de empuxo passivo de Rankine

Empuxos de Terra Passivos- solos coesivos Rankine[ h ' ]passivo = p p = zK p + 2c K pKp coeficiente de empuxo passivo

Ep =

H

zo

p p dz

H1 H 2 1 H 32c K P

Ep

Ep =

1 2 H K p + 2cH K p 2

K pH

Empuxos de TerraCaso Ativo Caso Passivo v hTenso Empuxo no Repouso condies naturais (nenhuma deformao no muro e nenhuma mudana nas tenses horizontais) Empuxo Ativo - deformao do muro e decrscimo da tenso horizontal

0

Empuxo Passivo - deformao do muro e aumento da tenso horizontal

Empuxo passivo

p >> aEmpuxo no repouso Empuxo ativo

a

p

Deslocamento

Empuxos de TerraTeoria de Empuxo de Rankine (1857) muro sem atrito paramento do muro vertical aterro horizontal muro flexvel

[ h ' ]ativo = zK a 2c K a[ h ' ]passivo = zK p + 2c K p

Empuxos de Terra Rankine - Superfcie do terreno Inclinada de um ngulo

K a = cos

cos cos cos 2 2

cos + cos cos 2 2

K p = cos

cos + cos cos 2 2

cos cos cos 2 2

Empuxos de TerraTeoria de Empuxo de Coulomb (1776)C A

Ea W B D

Ea

W

REa

: atrito entre o muro/soloR

o

Empuxos de Terrasen ( + )2

ka =

sen( + ) sen( ) sen ( ) sen( ) 1 + sen( ) sen( + ) 2

2

kp =

sen 2 ( ) sen( + ) sen( + ) sen ( ) sen( + ) 1 sen( + ) sen( + ) 2 2

Distribuio de Presses sobre um Muro[h]ativoEA e EP so as resultantes das tenses ativas e passivas sobre o muro

[h]passivoEA=0.5 H2 Kah

H

EP=0.5 H2 Kp

KPh

KAH

Distribuio de Presses sobre um MuroSolo

distribuio dos empuxos ativos

Solo

distribuio dos empuxos passivos

Solo

Distribuio de Presses sobre um Muroq Muro com sobrecarga q:Solo v a

Ka

p a = zK a + qK aH

Ea =

H

zo

e a dz

1 E a = H 2 K a + qHK a 2

zK a

qKa

Distribuio de Presses sobre um Muroq Muro com sobrecarga q:Solo v a

Ka

p a = zK a + qK aH

Ea =

H

zo

e a dz

qKa zK a

1 E a = H 2 K a + qHK a 2