ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO EMPUXO DE TERRA

DEFINIÇÃO

Ação produzida pelo maciço terroso sobre as obras com ele em contato.

A determinação do valor do empuxo de terra é fundamental na análise eprojeto de obras como:

muros de arrimo,

cortinas em estacas pranchas,

cortinas atirantadas,

escoramentos de escavações em geral,

construções em subsolos,

encontros de pontes, entre outras situações semelhantes a estas.

DEFINIÇÃOEm função da elasticidade do material (E e μ), verifica-se existir, uma proporcionalidadeentre a tensão vertical e a correspondente tensão horizontal.

O material recebe o esforço, absorve-o e se deforma segundo seus parâmetros deelasticidade.

Qualquer valor de pressão horizontal será sempre calculado em função da pressãovertical que, em função apenas da ação do peso próprio do solo, corresponde, no sentidovertical, à pressão efetiva (e ocorrendo pressão neutra adicionando-se o valor damesma).

Sendo K o chamado coeficiente de empuxo de terra.

DIAGRAMA DE TENSÕES HORIZONTAIS

Maciço de solo homogêneo, com umaúnica camada sem NA e com oterrapleno horizontal (i = 0), isto é, nãohá desenvolvimento de pressão neutra.

A pressão lateral, normal a um planovertical, será σH que, sendo proporcionala σV, dará um diagrama de distribuiçãoidêntica (mesma forma) que para estatensão.

DIAGRAMA DE TENSÕES HORIZONTAIS - EMPUXO

Traçando-se o diagrama de pressões horizontais ou pressões laterais queagem sobre o plano, tem-se condição de calcular a resultante deste esforçohorizontal que é chamado de empuxo, correspondente a área do diagramade pressões horizontais e agindo no centro de gravidade do mesmo (isto é, noterço inferior da sua altura).

EMPUXO NO REPOUSOCondição em que o plano de contenção não se movimenta

Considera-se, neste tipo de empuxo, um equilíbrio perfeito em que a massa desolo se mantem absolutamente estável, sem nenhuma deformação na estruturado solo, isto é, está num equilíbrio elástico.

A pressão lateral que o solo exerce na profundidade h será dada pelaexpressão:

Para o solo considerado a pressão vertical σV é igual a pressão efetiva.

Em situações de solos permeáveis, abaixo do NA, isto é, havendo surgimento depressão neutra, em toda profundidade o diagrama de pressões horizontaisficará acrescido dessa parcela da pressão neutra.

EMPUXO NO REPOUSO

EMPUXO NO REPOUSO

As estruturas cujos paramentos são travados (engastados) e nãotem possibilidade de sofrerem grandes variações de temperatura (nocaso de obras enterradas), podem ser consideradas indeformados edimensionados para absorverem estes esforços no repouso.

As pressões no repouso não dependem da resistência aocisalhamento do solo, mas, de suas constantes elásticas conformeconsideramos nas deduções.

COEFICIENTE DE EMPUXO

Considerando-se empuxos sobre estruturas rígidas, que não possuem

deslocamentos:

ν = coeficiente de Poison do solo considerado.

1k0

Pode-se também estimar o coeficiente de empuxo no repouso pela

fórmula de Jaki através do ângulo de atrito interno do solo (ϕ)

k0 1 sen

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE EMPUXO

Considerando-se empuxos sobre estruturas rígidas, que não possuem deslocamentos:

µ = coeficiente de Poison do solo considerado.

Pode-se também estimar o coeficiente de empuxo no repouso pela fórmula de Jaki através

do ângulo de atrito interno do solo (ϕ)

k0 1 sen

CONDIÇÕES EM QUE O PLANO DE CONTENÇÃO SEMOVIMENTA

Existem estruturas que podem ter deslocamentos do plano decontenção em valores capazes de ativar a resistência interna aocisalhamento da estrutura de solo, pois, nem sempre, a estrutura étravada e apresenta as condições de repouso absoluto.

Ao se movimentarem, e serem capazes de acionar as resistênciasinternas ao cisalhamento da massa de solo, serão desenvolvidastensões horizontais diferentes das consideradas com os parâmetrosda elasticidade.

CONDIÇÕES EM QUE O PLANO DE CONTENÇÃO SEMOVIMENTA

EMPUXO ATIVO

A Estrutura se desloca para fora do terrapleno

O solo sofre uma distensão ao reagir contra esta ação deafastamento do plano interno da estrutura de contenção, provocandona massa uma resistência ao longo do possível plano deescorregamento.

A massa desenvolve, em seu interior, toda a resistência aocisalhamento ao longo do plano de ruptura, aliviando, até certoponto, a ação do solo sobre o paramento interno da estrutura.

EMPUXO ATIVO

EMPUXO ATIVO

Neste caso o solo foi ativadoem sua resistência interna sendoesta situação chamada deEstado Ativo de Equilíbrio.

O esforço do solodesenvolvido sobre a estruturade contenção, é, neste caso,chamado de Empuxo Ativo

EMPUXO PASSIVO

A Estrutura se desloca contra o terrapleno

Neste caso o solo é comprimido pela estrutura, sofre umacompressão na cunha instável, gerando, ao longo do plano deruptura, uma reação ao arrastamento, ou seja, à resistência aocisalhamento.

O movimento do parâmetro interno contra a massa de solo,tentando deslocá-la, na abrangência da região instável, provoca osurgimento da resistência interna ao cisalhamento e, ocorrendo estamovimentação, por pequena que seja, terá que vencer essa resistênciadeslocando o peso da massa na região abrangida pela cunha.

EMPUXO ATIVO

A ação do solo será passiva aomovimento sendo a situação deequilíbrio chamada de EstadoPassivo de equilíbrio ou estadosuperior de solicitação em que aestrutura recebe todo esforçodecorrente da ação passiva do soloem relação ao movimento.

Esse esforço desenvolvido pelo solosobre o parâmetro interno daestrutura é chamado de EmpuxoPassivo.

CAUSAS DO EMPUXO

PRINCIPAIS FATORES QUE INFLUENCIAM NADETERMINAÇÃO DO EMPUXO

Nível de água;

Sobrecarga aplicada àsuperfície do terreno:uniformemente distribuída,linear uniforme, concentrada,retangular (sapata corrida);

Atrito solo-muro;

Fendas de tração.

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE EMPUXO ATIVO EPASSIVO – TEORIA DE RANKINERankine, para sua teoria, impõe algumas condições iniciais pressupostascomo fundamentais para os primeiros passos da análise da resistência aocisalhamento das massas de solos. São elas:

a) O solo do terrapleno considerado é areia pura seca (sem coesão)homogênea em todo o espaço semi-infinito considerado;

b) O atrito entre o terrapleno e o parâmetro vertical do plano decontenção é considerado nulo;

c) Terrapleno sem nenhuma sobrecarga (concentrada, linear oudistribuída);

d) O terrapleno é constituído de uma camada única e contínua de mesmosolo e sua superfície superior é horizontal (solo homogêneo).

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE EMPUXO ATIVO EPASSIVO – TEORIA DE RANKINE

Condição do empuxo ativo

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE EMPUXO ATIVO EPASSIVO – TEORIA DE RANKINE

Condição do empuxo passivo

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE EMPUXO ATIVO EPASSIVO – TEORIA DE RANKINE- OUTRAS CONDIÇÕES

Mantendo-se a mesma conceituação de Rankine quanto aoscoeficientes de empuxo, sairemos agora das condições iniciais(ideais). As considerações serão abordadas só para a condiçãoativa mas, por similaridade, podem ser extrapoladas paracondição passiva.

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE EMPUXO ATIVO EPASSIVO – TEORIA DE RANKINE- OUTRAS CONDIÇÕES

Sobrecarga no terreno

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE EMPUXO ATIVO EPASSIVO – TEORIA DE RANKINE- OUTRAS CONDIÇÕES

Solo coesivo

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE EMPUXO ATIVO EPASSIVO – TEORIA DE RANKINE- OUTRAS CONDIÇÕES

Solo coesivo

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE EMPUXO ATIVO EPASSIVO – TEORIA DE RANKINE- OUTRAS CONDIÇÕES

Presença de água

Costuma-se, na grande maioria dos casos, sefazer um sistema de drenagem no terrapleno,de maneira que a pressão neutra nãodesenvolva pressão sobre o parâmetrovertical da estrutura de contenção;

Na faixa do NA teríamos a pressão neutraagindo em valor integral considerando-seassim o coeficiente de empuxo da mesmaigual a 1,0, por se tratar de um fluido(transmite a mesma pressão em todas asdireções).