Estruturas de Fundações e Conteções: Estabilidade de Taludes e Percolação de Água

ESTRUTURAS DE FUNDAÇÕES E CONTENÇÕES ProfEverton Durval Araujo da Cruz ProfIvana Matos Figura 61 Muros de contenção ou arrimo a solocimento b concreto ciclópico c gabião e d concreto armado CARREGAMENTO CARGAS ATUANTES SOBRECARGA NA SUPERFÍCIE PESO DO SOLO PRESSÃO DA ÁGUA PERCOLAÇÃO DE ÁGUA DOS SOLOS Representa o andamento da água no interior do solo ou seja os movimentos da água subterrânea Atividade lenta o escoamento superficial água da chuva levará poucos dias para percorrer vários quilômetros Já a água subterrânea poderá levar dias para percorrer poucos metros Influencia as características do solo sobretudo interferindo na estabilidade e condições de uso de um terreno Percolação de água dos solos Quando encontram obstáculos como um muro as águas exercem uma grande pressão chamada de Pressão Hidrostática que agem empurrando o muro para fora É por isso que em dias de chuva intensa e demorada ocorrem muitos desbarrancamentos e quedas de barreira A água da chuva e outras águas que caem no terreno penetram no solo e caminham pelo subsolo chegando a formar rios subterrâneos Percolação de água dos solos Árvores como o eucalipto retiram quantidades significativas de água do subsolo lançandoa no ar na forma de evapotranspiração O represamento da água obriga o fluxo a dar uma volta por debaixo do muro criando uma força chamada empuxo que empurra o muro para fora Ruptura de talude numa avenida de Salvador BA em 2005 26082005 Motoristas observam uma lombada no trecho 27082005 Meio dia interdição da avenida Asfalto elevado em 30 cm Noite Elevação de 15 m 28082005 Elevação de 30 m e aumentando Chamase talude a qualquer superfície inclinada em relação a horizontal que delimita uma massa de solo rocha ou outro material qualquer minério escória lixo etc Podem ser naturais encostas ou construídos pelo homem cortes e aterros Percolação e estabilidade de taludes R Percolação de água dos solos CONTENÇÃO DE TALUDE COM SOLO GRAMPEADO Perfuração Instalação dos chumbadores ou grampos na maioria das vezes barras de aço CA50 Injeção de calda de cimento nas perfurações Drenagem Aplicação do concreto Conceito de empuxo de terra Entendese por empuxo de terra a ação horizontal produzida por um maciço de solo sobre as obras com ele em contato A determinação do valor do empuxo de terra é fundamental para a análise de projeto de obras como muros de arrimo construção de subsolos encontro de pontes etc TENSÕES VERTICAIS NO SOLO A tensão total no solo pode ser dividida em duas partes 1Parcela suportada pela água nos espaços vazios A tal tensão daremos o nome de poropressão ou pressão neutra 2Restante da tensão total suportado pelos sólidos em seus pontos de contato A soma das componentes verticais das forças desenvolvidas em tais pontos por unidade de área de seção transversal é chamada de tensão efetiva Então a TENSÃO TOTAL VERTICAL no solo pode ser escrita como A tensão vertical em qualquer profundidade é calculada simplesmente considerando o peso de solo acima daquela profundidade Se o peso específico do solo é constante em cada uma das camadas a tensão vertical total pode ser calculada TENSÕES NO SOLO TENSÕES NO SOLO Outro caso possível é a presença do nível dágua no solo Nesse caso os vazios do solo são preenchidos por água Para uma situação em que não há fluxo de água no interior do solo ou seja a água encontrase em condição estática o cálculo da pressão suportada pela água é feito simplesmente considerando o peso da coluna de água acima do ponto analisado u γw hw Onde u pressão resistida pela coluna dágua poropressão γw peso específico da água hw altura da coluna dágua ESTADO DE TENSÕES NO SOLO σh K σv Para tensões totais e efetivas Onde K coeficiente de empuxo K fδ δ Deslocamento horizontal TENSÃO TOTAL TENSÃO EFETIVA POROPRESSÃO ESTADO DE TENSÕES NO SOLO TENSÃO VERTICAL σv γz TENSÃO HORIZONTAL σh kγz ESTADO DE TENSÕES NO SOLO Considerações iniciais sobre FORÇA DE EMPUXO Métodos Teórico Empíricoexperimental Numéricos Diagrama de tensões horizontais Empuxo Resultante do esforço horizontal Coeficiente de Empuxo no Repouso Vamos retirar a porção de terra à esquerda da linha vermelha Para se manter as condições iniciais ou seja não permitir que ocorram deslocamentos horizontais será necessário substituir por um plano imóvel indeformável e sem atrito Coeficiente de Empuxo no Repouso Os valores obtidos experimentalmente para o coeficiente de empuxo no repouso K₀ são K₀ 1 sen φ K₀ 1 23 sen φ 1 sen φ 1 sen φ K₀ 1 sen φOCR sen φ K₀ 05 OCR⁰⁵ K₀ 095 sen φ K₀ 019 0233 log IP Sendo φ ângulo de atrito efetivo OCR razão de préadensamento IP índice de plasticidade em Nas estruturas podese ter deslocamentos do plano de contenção em valores capazes de ativar a resistência interna ao cisalhamento do solo pois nem sempre a estrutura é travada e apresenta as condições de repouso absoluto Ao se movimentarem acionam resistências internas ao cisalhamento do solo sendo desenvolvidas tensões horizontais diferentes das consideradas até então Condições em que o plano de contenção se movimenta Condições em que o plano de contenção se movimenta Condições em que o plano de contenção se movimenta O cálculo dos empuxos para as condições ativa e passiva é feito de maneira análoga ao do repouso sendo que os coeficientes de empuxo são substituídos por Ka coeficiente de empuxo ativo ou Kp coeficiente de empuxo no passivo Admitamos que a parede AB sofra um pequeno deslocamento Δ Se ao contrário a parede AB deslocase de encontro ao terrapleno deslocamento Δ também se produzem tensões de cisalhamento no solo as quais fazem aumentar o empuxo sobre a parede Quanto maior o Δ maior o empuxo Esses estados limites de equilíbrio ou estados plásticos o primeiro estado de equilíbrio inferior e o segundo de equilíbrio superior são também chamados estados de Rankine Empuxo Ativo e Passivo Empuxo Ativo e Passivo Estruturas de contenção arrimo sob empuxo em repouso a ativo b e passivo c Empuxo Ativo e Passivo Estado de Tensões no Equilíbrio Plástico Estado de Tensões no Equilíbrio Plástico Estado de Tensões no Equilíbrio Plástico Estado de Tensões no Equilíbrio Plástico Teorias do Empuxo de Terra Teoria de Rankine Baseiase nas seguintes hipóteses Teoria de Rankine Teoria de Rankine Empuxo Passivo Teoria de Rankine Teoria de Rankine Teoria de Rankine No caso de haver sobrecarga no terrapleno No caso de se considerar a ocorrência de uma sobrecarga uniformemente distribuída no terrapleno com intensidade q pode se transformar esta sobrecarga em uma altura equivalente de solo da camada h0 No caso de haver sobrecarga no terrapleno No caso de haver sobrecarga no terraplano Teoria de Rankine Teoria de Rankine Teoria de Rankine Teoria de Rankine Particularidades Água Particularidades Água Drenagem Zona de Tração e Altura Crítica Zona de Tração e Altura Crítica NT a Aspecto de fendas de tração que evoluíram para escoamento de terra estabilização do talude b Altura de escavação de vala sem necessidade de escoramento Teoria de Rankine No caso de haver mais de uma camada No caso de haver mais de uma camada No caso de haver mais de uma camada TABELA 12A Coeficiente de empuxo ativo Ka Rankine β 10 12 15 18 20 22 24 26 0 07041 06558 05888 05279 04903 04555 04217 03905 5 07352 06788 06046 05392 04996 04662 04282 03959 10 09848 07799 06363 05789 05312 04883 04492 04134 15 0 0 09659 06785 06028 05429 04923 04480 20 0 0 0 09397 06768 05830 05152 25 0 0 0 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0 0 35 0 0 0 0 0 0 0 0 40 0 0 0 0 0 0 0 0 β 28 30 32 34 36 38 40 42 0 03610 03333 03073 02827 02596 02379 02147 01982 5 03656 03372 03105 02855 02620 02399 02192 01971 10 03802 03495 03210 02944 02669 02464 02247 02044 15 04086 03730 03405 03106 02834 02581 02346 02129 20 04605 04142 03739 03381 03060 02769 02504 02262 25 05727 04936 04336 03847 03431 03070 02750 02465 30 0 08660 05741 04776 04105 03582 03151 02784 35 0 0 0 05971 04677 03906 03340 40 0 0 0 0 07660 04668 EXEMPLO RANKINE Considerar sobrecarga 48kNm² REFERÊNCIAS Aulas Paula SantAnna Moreira Pais Unibh Aulas Diuglas M A Bittencourt PUC Goiás Estabilidade de Talude Denise M S Gerscovich Maragon 2018 Empuxo httpswwwufjfbrnugeofiles201306MARANGON2018 CapC3ADtulo06EmpuxosdeTerra20181pdf EXEMPLO RANKINE Para o terreno indicado na figura abaixo trace o diagrama das tensões ativas sobre o painel vertical AB e indique a direção das linhas de ruptura EXEMPLO RANKINE Camada de areia Camada de argila Teoria de Coulomb Teoria de Coulomb Empuxo Ativo Teoria de Coulomb Teoria de Coulomb Empuxo Ativo Teoria de Coulomb Empuxo Passivo Teoria de Coulomb Empuxo Passivo Teoria de Coulomb TABELA 13A Coeficiente de empuxo ativo Ka Coulomb Valores de ângulo de atrito solomuro recomendados por Pimenta Velloso TABELA 13A Coeficiente de empuxo ativo Ka Coulomb continuação α 90 e β 10 φ δ 0 16 17 20 22 10 09698 10089 10142 10321 10460 12 08115 07773 07780 07816 07855 15 07038 06545 06539 06537 06548 18 06188 05683 05674 05658 05659 20 05692 05206 05196 05177 05174 22 05237 04781 04770 04750 04746 24 04818 04396 04386 04367 04362 26 04431 04045 04036 04017 04012 28 04071 03722 03713 03696 03692 30 03737 03423 03415 03400 03396 32 03425 03145 03139 03126 03122 34 03135 02887 02881 02870 02868 36 02865 02646 02641 02632 02631 38 02612 02421 02417 02410 02409 40 02377 02211 02202 02202 02202 42 02157 02014 02011 02007 02008 TABELA 13A Coeficiente de empuxo ativo Kp Coulomb α 90 e β 0 φ δ 0 16 17 20 22 10 14203 19539 19956 21304 22295 12 15250 21441 21936 23546 24736 15 16984 24641 25276 27349 28895 18 18944 28360 29164 31815 33811 20 20396 31191 32132 35250 37615 22 21980 34359 35461 39130 41933 24 23712 37922 39212 43536 46865 26 25611 41947 43462 48670 52534 28 27698 46520 48303 54356 59096 30 30000 51744 53850 61054 66784 32 32546 57748 60247 68861 75743 34 35371 64694 67674 78037 86401 36 38518 72788 76364 88916 99187 38 42037 82295 86615 101943 114663 40 45989 93560 98823 117715 133644 42 50447 107040 113512 137052 157261 Desenhe o diagrama para a parede de 65m de altura Parâmetros do solo Ⲫ 10 c 105kPa e γ1752kNm3 EXEMPLO OBRIGADO Profs Everton Durval Bruno Sacramento