Cortinas Geotécnicas: Tipos e Estruturas de Contenção

OBRAS GEOTÉCNICAS CORTINAS Profa Msc Eliana Lisboa CORTINAS OBRAS COM ESTRUTURA DE CONTENÇÃO MUROS DE ARRIMO CORTINAS ATERROS DE SOLO REFORÇADO cortinas são estruturas de contenção planas e geralmente verticais utilizadas para conter o solo são executadas quando não há espaço disponível para construir a fundação de um muro de arrimo convencional não é possível assegurar durante a construção a estabilidade de algum talude ou alguma escavação adjacente INTRODUÇÃO os tipos de cortinas mais frequentemente utilizados são 1 cortinas de estacas prancha metálicas 2 cortinas de perfis metálicos preenchidos com placas de concreto armado prémoldadas ou pranchas de madeira 3 cortinas de concreto armado 4 cortina de estacas justapostas ou secantes 5 paredes diafragma INTRODUÇÃO 1 cortinas de estacas prancha metálicas TIPOS DE CORTINAS 1 cortinas de estacas prancha metálicas TIPOS DE CORTINAS 1 cortinas de estacas prancha metálicas TIPOS DE CORTINAS 1 cortinas de estacas prancha metálicas TIPOS DE CORTINAS 1 cortinas de estacas prancha metálicas TIPOS DE CORTINAS 1 cortinas de estacas prancha metálicas TIPOS DE CORTINAS 1 cortinas de estacas prancha metálicas TIPOS DE CORTINAS 2 cortinas de perfis metálicos preenchidos com placas de concreto armado prémoldadas ou pranchas de madeira TIPOS DE CORTINAS 2 cortinas de perfis metálicos preenchidos com placas de concreto armado prémoldadas ou pranchas de madeira TIPOS DE CORTINAS 2 cortinas de perfis metálicos preenchidos com placas de concreto armado prémoldadas ou pranchas de madeira TIPOS DE CORTINAS 2 cortinas de perfis metálicos preenchidos com placas de concreto armado prémoldadas ou pranchas de madeira TIPOS DE CORTINAS 2 cortinas de perfis metálicos preenchidos com placas de concreto armado prémoldadas ou pranchas de madeira TIPOS DE CORTINAS 3 cortinas de concreto armado TIPOS DE CORTINAS 3 cortinas de concreto armado TIPOS DE CORTINAS 4 cortina de estacas justapostas ou secantes TIPOS DE CORTINAS 4 cortina de estacas justapostas ou secantes TIPOS DE CORTINAS 4 cortina de estacas justapostas ou secantes TIPOS DE CORTINAS 5 paredes diafragma TIPOS DE CORTINAS 5 paredes diafragma TIPOS DE CORTINAS 5 paredes diafragma TIPOS DE CORTINAS 5 paredes diafragma TIPOS DE CORTINAS 5 paredes diafragma TIPOS DE CORTINAS 5 paredes diafragma TIPOS DE CORTINAS 5 paredes diafragma TIPOS DE CORTINAS 5 paredes diafragma TIPOS DE CORTINAS a estabilidade das cortinas é garantida pelo empuxo passivo mobilizado ao longo de um trecho embutido no solo denominado ficha e também dependendo da estrutura por elementos de sustentação funcionando à tração sistemas de ancoragem com placas ou blocos tirantes protendidos ou à compressão estroncas Para o dimensionamento das estruturas é conveniente classificálas da seguinte maneira Cortinas sem ancoragem Cortinas ancoradas Cortinas com estroncas DIMENSIONAMENTO Cortinas sem ancoragem normalmente são empregadas no caso de obras temporárias ou de pequenas alturas de contenção H4 uma vez que seu custo é relativamente baixo raramente são utilizadas na proximidade de estruturas pavimentos ou tubulações sensíveis a movimentos do solo nesses casos é necessário estruturas que limitem os deslocamentos laterais da cortina DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM Método de Blum admitese para o dimensionamento que existe um centro de rotação pouco acima da extremidade inferior da cortina que é suposta rígida Devido a essa rotação tensões horizontais ativas são consideradas atuando na cortina acima do centro de rotação no lado não escavado e abaixo desse centro no lado escavado Por outro lado tensões horizontais passivas são admitidas atuando na cortina abaixo do centro de rotação lado não escavado e acima deste centro lado escavado DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM Método de Blum DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM Método de Blum o dimensionamento do ponto de vista de estabilidade externa de uma cortina sem ancoragem requer a determinação da profundidade de assentamento da mesma abaixo da cota de escavação denominada ficha a ficha pode ser obtida por sucessivas tentativas variando o comprimento da mesma DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM Procedimento i determinar os parâmetros de comportamento do solo e geometria bem como condições de nível dágua ii Assumir uma profundidade de penetração D estimado iii Determinar a posição de O tomando DD12 iv determinar os diagramas de empuxo v Verificar momentos em relação a O Se os momentos instabilizantes superarem os momentos resistentes então o comprimento da ficha é inadequado Se o caso contrário ocorrer então o comprimento de ficha é excessivo vi Assumir uma nova tentativa alterando D repetindo iii e iv até obterse o equilíbrio de momentos ao redor do ponto O DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM Discussão quanto ao fator de segurança existem duas possibilidades para fator de segurança em cortinas 1 Fator de segurança sobre o empuxo passivo Fp mais utilizado minoração do empuxo passivo 2 Fator de segurança aplicado aos parâmetros de resistência minoração do empuxo passivo e majoração do empuxo ativo obras temporárias Fp 15 obras permanente Fp 2 125 Fs 15 Exemplo 1 Calcular utilizando Fp no empuxo passivo DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM Exemplo 1 Calcular utilizando Fp no empuxo passivo DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM Exemplo 2 Calcular utilizando Fs no parâmetro de resistência DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM Exemplo 2 Calcular utilizando Fs no parâmetro de resistência DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM Exemplo 3 DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM condições de nível de água diferente entre um lado e outro da cortina pode ser considerado hidrostático quando a extremidade inferior da cortina é cravada até atingir alguma camada de solo cujo condutividade hidráulica seja consideravelmente menor em comparação aos solos situados em cota superior DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM condições de nível de água diferente entre um lado e outro da cortina caso atravesse camadas de solo com condutividade hidráulica similar ocorrerá fluxo de água descendente do lado não escavado da cortina e fluxo de água ascendente do lado escavado DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM i o fluxo de água descendente no lado não escavado diminui localmente a poropressão em comparação ao caso de nível de água igual dos dois lados Isto aumenta a tensão vertical efetiva e aumenta a tensão horizontal ativa em cada profundidade z ii no lado escavado da cortina o fluxo vertical ascendente tem o efeito contrário aumentando u diminuído a tensão vertical efetiva e portanto diminuindo a tensão horizontal passiva responsável pela estabilidade da estrutura DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM iii há uma diferença de empuxo de água entre ambos os lados da cortina iv no caso de areias e siltes o aumento de u no lado escavado da cortina pode provocar liquefação destes solos quando a tensão efetiva é aproximadamente zero Esta condição é excepcionalmente perigosa para tais solos podendo causar a perda considerável da resistência a cisalhamento do solo DIMENSIONAMENTO CORTINAS SEM ANCORAGEM as cortinas sem ancoragem normalmente são empregadas para contenções de até 4m quando se necessita uma maior altura de contenção a solução sem ancoragem se torna menos atrativa economicamente quando comparada com cortinas ancoradas existem algumas formas de ancoragem de cortinas no entanto em áreas urbanas a técnica preferível é o atirantamento devido ao reduzido deslocamento da estrutura e a não necessidade de se realizar escavação atrás da cortina CORTINAS ATIRANTADAS a estabilidade de uma estrutura de contenção pode ser melhorada significativamente através de técnicas de atirantamento onde o mecanismo fundamental é a interação entre forças de tração no interior do elemento estrutural e tensões de cisalhamento na interface entre o elemento e o maciço de solo CORTINAS ATIRANTADAS O tirante tem como componente principal um ou mais elementos resistentes à tração aço que são introduzidos no terreno por meio de perfuração nos quais por meio de injeção de calda de cimento em parte do elemento forma um bulbo de ancoragem que é ligado à estrutura através do elemento resistente à tração e da cabeça do tirante Podendo ser permanente tempo de utilização 2 anos ou provisório tempo de utilização 2 anos CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES Aplicações dos tirantes cortinas atirantadas solo grampeado provas de carga muros de contenção lajes de subpressão CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES o tirante é um elemento linear capaz de transmitir esforços de tração entre suas extremidades a extremidade que fica fora do terreno é a cabeça a extremidade que fica enterrada é o trecho ancorado e designado por comprimento ancorado o trecho que une as duas extremidades é o comprimento livre CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES Execução Após a construção do trecho a ser ancorado a instalação do tirantes consiste nas seguintes etapas 1 Executar uma perfuração na direção especificada em projeto com uma sonda rotativa 2 terminada a perfuração é introduzido até o fundo da perfuração um tubo de injeção através do qual é injetada a calda de cimento 3 o tirante que foi montado previamente é instalado no furo 4 após a cura da bainha injeção primária prosseguese com a injeção de calda de cimento chamadas injeções de bulbo CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES Execução Após a construção do trecho a ser ancorado a instalação do tirantes consiste nas seguintes etapas 1 Executar uma perfuração na direção especificada em projeto com uma sonda rotativa 2 terminada a perfuração é introduzido até o fundo da perfuração um tubo de injeção através do qual é injetada a calda de cimento 3 o tirante que foi montado previamente é instalado no furo 4 após a cura da bainha injeção primária prosseguese com a injeção de calda de cimento chamadas injeções de bulbo CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES Materiais os elementos resistentes a tração dos tirantes podem ser fios cordoalhas e barras de aço o cimento empregado na injeção dos tirantes deve ter fator ac máximo de 05 e resistência mínima a compressão de 25 MPa CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES Execução Após a construção do trecho a ser ancorado a instalação do tirantes consiste nas seguintes etapas 1 Executar uma perfuração na direção especificada em projeto com uma sonda rotativa CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES Execução Após a construção do trecho a ser ancorado a instalação do tirantes consiste nas seguintes etapas 1 Executar uma perfuração na direção especificada em projeto com uma sonda rotativa 2 terminada a perfuração é introduzido até o fundo da perfuração um tubo de injeção através do qual é injetada a calda de cimento 3 o tirante que foi montado previamente é instalado no furo 4 após a cura da bainha injeção primária prosseguese com a injeção de calda de cimento chamadas injeções de bulbo CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES 5 Após um tempo mínimo de cura função do tipo de cimento são realizados os ensaios de protensão através de um conjunto de macacobomba hidráulico que possui um manômetro para controle de pressões Nessa etapa são instaladas as cabeças de protensão dos tirantes compostas pelas placa de ancoragem cunha de grau e porcas de fixação CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES Execução Após a construção do trecho a ser ancorado a instalação do tirantes consiste nas seguintes etapas 5 Após um tempo mínimo de curta função do tipo de cimento são realizados os ensaios de protensão através de um conjunto de macacobomba hidráulico que possui um manômetro para controle de pressões Nessa etapa são instaladas as cabeças de protensão dos tirantes compostas pelas placa de ancoragem cunha de grau e porcas de fixação CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES Execução CORTINAS ATIRANTADAS TIRANTES na técnica de atirantamento tensões de cisalhamento são mobilizadas entre o tirante protendido e o solo mas somente ao longo do trecho do comprimento do tirante situado a uma distância relativamente grande da estrutura de contenção denominado comprimento de ancoragem La O trecho do tirante próximo a estrutura não transmite tensões de cisalhamento para o solo sendo denominado de comprimento livre Lf Neste trecho o valor da força de tração T é constante sendo este valor totalmente transferido para o comprimento de ancoragem do tirante CORTINAS ATIRANTADAS o método de dimensionamento aqui abordado é aplicável a contenções consideradas flexíveis cortinas de estacas prancha e cortinas de perfis metálicos preenchidos com placas prémoldadas e de madeira o procedimento descrito é aplicável apenas para solos granulares sendo a abordagem para solos argilosos distinta análise a curto e longo prazo CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Procedimento 1 definir os parâmetros de comportamento do solo e geometria bem como determinar o coeficiente de segurança parcial aplicado aos parâmetros de resistência ao cisalhamento 2 calcular o coeficiente de empuxo ativo Ka 3 calcular a carga por empuxo total Ptl 4 determinar o diagrama de pressão aparente para o caso em questão em função do número de ancoragens e tipo de solo 5 calcular o empuxo p para o diagrama de pressão aparente 6 verificar se os momentos nos tirantes são semelhantes 7 calcular a carga horizontal dos tirantes e a reação na base 8 determinar a carga resultante nos tirantes 9 determinar o comprimento dos tirantes CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Procedimento 1 definir os parâmetros de comportamento do solo e geometria bem como determinar o coeficiente de segurança parcial aplicado aos parâmetros de resistência ao cisalhamento profundidade de escavação projeto arquitetônico peso específico do solo parâmetros de resistência do solo Investigação de campo SPT tipo de solo quantidade de tirantes estimado pelo projetista da contenção CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Fator de segurança aplicado sobre os parâmetros de resistência FHWA 1997 Procedimento 2 calcular o coeficiente de empuxo ativo Ka 3 calcular a carga por empuxo total Ptl CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Procedimento 4 determinar o diagrama de pressão aparente para o caso em questão em função do número de ancoragens e tipo de solo CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Solos granulares CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Procedimento 5 calcular a máxima pressão aparente para o diagrama de pressão CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Procedimento 6 verificar se os momentos nos tirantes são semelhantes quando utilizado mais de um nível de tirante CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO momento em torno do tirante 1 o maior valor entre os dois é o momento em torno do tirante n Mn Procedimento 7 calcular a carga horizontal dos tirantes e a reação a ser resistida pelo solo abaixo da escavação CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Procedimento 8 determinar a carga resultante nos tirantes CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO carga resultante no tirante carga horizontal no tirante espaçamento horizontal entre tirantes determinado pelo projetista inclinação dos tirantes determinado pelo projetista Procedimento 9 determinar o comprimento dos tirantes Comprimento livre Deve ser determinado para que o bulbo não esteja dentro da área ativa do solo ou seja fora da área de ruptura Comprimento ancorado É o responsável por transferir a carga do tirante ao solo então deve ser dimensionado de maneira a atender a carga do tirante DL CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO comprimento ancorado comprimento livre Procedimento 9 determinar o comprimento dos tirantes Comprimento livre CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Para ter garantia de que o comprimento ancorado não esteja dentro da zona ativa devese adicionar um comprimento de 15m ou 02H o que for maior ao comprimento livre do tirante potencial superfície de ruptura Procedimento 9 determinar o comprimento dos tirantes Comprimento livre CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Lei dos senos Procedimento 9 determinar o comprimento dos tirantes Comprimento ancorado CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO carga última de transferência Procedimento 9 determinar o comprimento dos tirantes CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO Além das verificações realizadas é necessário determinar o comprimento de ficha D dimensionar o elemento estrutural da cortina dimensionar os componentes do tirante verificar a possibilidade de ruptura da fundação da cortina verificar a segurança global cortina talude CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO CORTINAS ATIRANTADAS DIMENSIONAMENTO