Aula 4- Tipos de estruturas de suporte rígidas. Estabilidade externa

Transcrição

Aula 4- Tipos de estruturas de suporte
rígidas. Estabilidade externa. Metodologia
tradicional de verificação da segurança
Paulo Coelho - FCTUC
Mestrado em Engª. Civil - Construções Civis
ESTG/IPLeiria
Estruturas de suporte rígidas
Este tipo de estruturas comporta-se praticamente
como um corpo rígido quando solicitado pelo solo a
suportar. Exemplos:

Muros de Gravidade e semi-gravidade (betão
ciclópico, blocos, etc);

Muros em consola (em L, ⊥, etc…);

Muros com contrafortes (interiores ou exteriores)

Muros de gabiões (na verdade pouco rígidos, ainda
que se dimensionem de forma semelhante).
1
As estruturas de suporte rígidas têm um
comportamento semelhante, ainda que com
algumas particularidades, nomeadamente em
termos da sua estabilidade interna.
Estas estruturas têm comportamento bastante distinto
do exibido por estruturas ditas flexíveis.
Os impulsos que actuam sobre as estruturas de
suporte rígidas são frequentemente estimados com
base nas teorias de Rankine ou Coulomb…
…desde que os deslocamentos sofridos pela estrutura
sejam possíveis e compatíveis com a mobilização
dos estados limites últimos.
Muros de Gravidade

Alguns exemplos idealizados de muros em
tijolo maciço;
pedra;
betão ciclópico
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Os muros são de semi-gravidade quando possuem
algum reforço de armadura interior (betão muito
pouco armado):
reforço
betão
ciclópico,
pedra,
etc
Muros de Gravidade (exemplos reais
desenvolvimento tecnológico crescente)
de
Muros de pedra muito irregular amontoada
3
de
Muros de pedra algo irregular encaixada
de
Muros de pedra regular colocada
4
de
Muros de pedra artificial encaixada
de
Muros de tijolo maciço com argamassa
5
de
Muros de betão ciclópico
Muros em Consola

Alguns exemplos idealizados de muros em consola
forma de L;
forma de ⊥
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A forma destes muros pode ser bastante criativa, em
função das circunstâncias do problema
forma de L invertido;
forma de ⊥ assimétrico

Os muros em consola caracterizam-se por estarem
sujeitos a esforços internos elevados, o quais
exigem o dimensionamento de peças de betão
armado (p.ex. o paramento vertical e as bases em
consola);

Estes muros são em geral fortemente armados e
exigem uma base de suporte relativamente larga
(ainda que possa ocupar espaço dentro do
maciço…);

O volume total de material (betão) utilizado neste
muros é muito inferior ao de muros de gravidade,
devendo ser assegurada a protecção da armadura
contra a corrosão.
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Muros em Consola (exemplos)
Tipo L
Muros em Consola
Tipo ⊥ (T invertido)
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Muros com Contrafortes (interiores ou exteriores)

Alguns exemplos idealizados de muros contrafortes
- interiores, se inseridos
no solo;
- exteriores, se na frente
do muro

Os muros com contrafortes exigem a definição de
um esquema estrutural de funcionamento que
permita o dimensionamento adequado das peças de
betão armado (parede armada de forma distinta mas
mais leve que em muros em consola);

Os contrafortes trabalham de forma distinta se
colocados na frente ou tardoz do muro (na frente
são mais eficientes, mas ocupam mais espaço e são
pouco estéticos; no tardoz têm de ser armados à
tracção e exigem maior movimento de terras);

Em geral estes muros são mais económicos do que
qualquer das alternativas anteriores para muros
relativamente altos
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Muros com Contrafortes (exemplos)
Interiores
Muros com Contrafortes (exemplos)
Exteriores
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Os Contrafortes podem ter ligações distintas à
parede vertical:
Geometrias de referência (estruturas rígidas)

Muros de Gravidade (pré-dimens., H < 3 - 4 m)
>0,2 m
H
0,3 a 0,4 H
Nota- a dimensão mínima de 0,20 m no topo do muro
permite facilitar os trabalhos de betonagem
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Muros em Consola (pré-dimens., H < 6 - 8 m)
> 0,2 m
1
50
H/10 a H/8
H
H/12 a H/10
> 0,6 m
2/5H a 2/3H

Muros com Contrafortes (pré-dimens., H > 6 - 8 m)
> 0,2 m
1
H/3
H
a 2 /3
50
H
> 0,6 m
H/12
2/5H a 2/3H
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Muros de Gabiões (estruturas menos rígidas)

Alguns exemplos idealizados de muros de Gabiões

A forma dos muros depende muito do problema…
mas cada caso deve ser analisado com cuidado
(incluindo durabilidade e resistência das redes das
gaiolas):
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A forma mais adequada na estabilização de taludes
pode envolver uma inclinação do maciço como
indicado à esquerda (prática da direita pouco
recomendada):

Os muros de gabiões são na verdade estruturas
algo flexíveis, sendo fundamental garantir uma boa
qualidade de construções e uma correcta escolha
dos materiais;

A estabilidade interna é uma preocupação frequente
neste tipo de muros;

Em alguns casos, a concentração de tensões em
gabiões mal construídos com pedras de fraca
qualidade, pode levar a um mau comportamento
global da estrutura de suporte;

Estes muros garantem em geral melhor integração
na paisagem.
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Muros de Gabiões (exemplo)
Muros de Gabiões (exemplo de construção)
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Muros de Gabiões (gaiolas sem e com diafragma)
Geometrias de referência

Largura da base:
- 0,4 a 0,5 da altura em solos incoerentes com φ’
elevado;
- 0,5 a 0,7 da altura em solos de aterro comuns;
- 0,7 a 1 da altura em solos coesivos e incoerentes
com φ’ baixo;

Gaiolas tradicionais: comprimento variável, com
larguras de 1 a 1,5 m e alturas de 0,5 a 1,0 m
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Estabilidade Externa (ELU)

Uma
das
primeiras
preocupações
no
dimensionamento de estruturas de suporte rígidas
relativa/ aos ELU é garantir a estabilidade externa

A verificação da estabilidade externa implica que
seja verificada a segurança relativamente a um
conjunto de mecanismos possíveis de rotura (4)

A verificação da estabilidade externa é realizada
assumindo que a estrutura se comporta como um
corpo rígida, o que deve ser assegurado através da
estabilidade interna e qualidade construtiva
(sobretudo em muros de gabiões)
Mecanismos Possíveis de Rotura (ELU)

Rotação em torno da aresta externa mais afastada
- acção: momentos devidos a
impulsos activos e
da água (lado activo)
- resistência: momentos
devidos a peso próprio,
impulsos passivos e
da água (lado
passivo)
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Deslizamento em relação à base
- acção: efeito das forças
que causam o
deslizamento
- resistência: efeito das
forças que se opõem
ao deslizamento

Rotura da fundação
- acção: carga transmitida
à fundação pela base
do muro
- resistência: capacidade
de carga da fundação
Problema de fundações…
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Rotura Global
- acção: peso do muro e solo
envolvente
- resistência: resistência
ao corte do solo mobilizada
ao longo da superfície
de rotura
Problema de estabilidade
de taludes…
Verificação da Segurança: Metodologia Tradicional

Acções definidas pelos seus valores médios;

Considerar as combinações admissíveis mais
desfavoráveis para a estabilidade (depende do ELU)

Usar valores médios para as características
resistentes do solo e outras propriedades

Verificar a segurança através de factores de
segurança globais que tenham em conta a incerteza
das acções, das propriedades dos materiais e do
cálculo (usual/ entre 1,5 e 3, dependendo de risco
da obra- custo e consequência de rotura- e ELU).
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Verificação da Segurança (filosofia de cálculo)
Considere o
seguinte muro
x1
W
Ia
y2
x2
δ
Iah
Iav
Ip
Iph
Ipv
Iw 1
δ
Iw 2
Ia
y1
Ip
x3
Iw 3
Acções
instabilizadoras
Acções
estabilizadoras
(resistência)
Verificação da Segurança ao ELU de Derrube
FS derrube =
M est =
∑
M derr =
M est
M derr
≥ 1,5
M A ( Fest ) = W .x2 − IW3 .x3 + I W2 . y2 +
∑M
A ( Fder )
=I ah . y1 − I av .x1 + I W1. y1
(I ph . y2 + I pv .0)
FS I P (?)
x1
W
Nota- FSIP (2 a 3) reflecte
incerteza de cálculo de IP
e deformações exigidas!
Ia
δ
Iw 2
y2
x2
δ
Ip
Iw 1
y1
A
x3
Iw 3
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Verificação da Segurança ao ELU de Deslizamento
FS desliz =
Fest
Fest
≥
1,5 se I P não considerado
2,0 se I P considerado
(I
Fest = c 'a .B + (W-I W3 ).tgδ + I W2 +
− I p v .tgδ
ph
)
FS I P (?)
(em termos de t. efectivas!)
x1
Fdesl = I ah − I av .tgδ + I W1
W
δ
Iw 2
Nota: B- largura da base
do muro; c’a= f(c’)
Ia
y2
Iw 1
x2
δ
Ip
y1
A
x3
Iw 3
EXERCÍCIO: O muro-cais da figura suporta um aterro no
qual está fundado um hangar que induz uma carga
uniforme de 20 kPa e uma sobrecarga variável de 20 kPa.
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EXERCÍCIO (cont.)- Determine:
a) o factor de segurança ao derrube;
b) o factor de segurança ao escorregamento pela base a
curto e a longo prazo.
c) as tensões na base do muro-cais.
Nota 1- o muro tem uma altura total de 5 m e uma largura
de 2,6 m, estando o nível freático a uma profundidade de
2,5 m.
Nota 2- não despreze o atrito existente entre o solo e o
muro-cais.
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