ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO – AULA 1
CIV 247 – OBRAS DE TERRA – Prof. Romero César Gomes
Aula 1
1.1 Introdução.
1.2 Tipos de Estruturas de Contenção.
1.3 Empuxos de Terra.
Introdução
São estruturas projetadas para resistir a empuxos de terra e/ou água, cargas estruturais e
quaisquer outros esforços induzidos por estruturas ou equipamentos adjacentes. As
estruturas de arrimo são utilizadas quando se deseja manter uma diferença de nível na
superfície do terreno e o espaço disponível não é suficiente para vencer o desnível através
de taludes.
Critérios para Escolha de uma Estrutura de Contenção
• altura da estrutura;
• cargas atuantes;
• natureza e características do solo a ser arrimado;
• natureza e características do solo de fundação;
• condições do NA local;
• espaço disponível para construção;
• equipamentos e mão de obra disponíveis;
• experiência e prática das equipes;
• especificações técnicas especiais;
• análise de custos.
Introdução
Podem ser executadas em caráter temporário (escoramentos de valas por exemplo)
ou em caráter permanente (muros de arrimo por exemplo).
Se a escavação for realizada abaixo do lençol
freático, deve proceder-se previamente ao
rebaixamento do NA...
... e, quando for necessário diminuir as
pressões da água sobre a estrutura
definitiva, deve ser incorporado um dreno
junto ao muro de arrimo.
Critérios de Projeto de Estruturas de Contenção
Natureza da estrutura (tipos diferentes para propósitos diferentes)
Geometria do Terreno e Condições Geotécnicas Locais
Posição do NA e Condições de Drenagem
Empuxos de Terra e Cargas Atuantes
Propriedades dos solos locais: peso específico, coesão, ângulo de atrito
Movimentos relativos solo - estrutura
Metodologias construtivas
Tipos de Estruturas de Contenção
• Estruturas de Contenção com Reaterro
Muros de gravidade: são estruturas cuja
estabilidade é função apenas do seu peso
próprio.
–
–
–
–
–
–
concreto
alvenaria de pedras (secas ou argamassadas)
gabiões
‘crib – wall’
sacos de solo – cimento
pneus, etc
Muros de gravidade de seção aliviada:
a seção do muro é reduzida, utilizando-se
uma armação para absorver os esforços
de tração atuantes.
Introdução
• muros de gravidade convencionais de concreto ou de alvenaria de pedras
Tipos de Estruturas de Contenção
• Muros de gabiões: são estruturas formadas pela superposição de fôrmas (com formato de caixas,
colchões ou sacos) de malhas metálicas ou plásticas, que são preenchidas por pedras de mão ou
blocos de rocha.
Tipos de Estruturas de Contenção
• Muros tipo ‘crib wall’: são estruturas formadas pela montagem,
num arranjo tipo ‘fogueira’, de vigotas pré-moldadas de concreto
ou de madeira, com os espaços internos preenchidos com solo
granular compactado.
Tipos de Estruturas de Contenção
• Outras variantes de muros de gravidade: muros de sacos de solo – cimento.
Tipos de Estruturas de Contenção
• Outras variantes de muros de gravidade: muros de blocos pré-moldados de concreto.
Tipos de Estruturas de Contenção
• Outras variantes de muros de gravidade: muros de pneus
Tipos de Estruturas de Contenção
• Estruturas de Contenção com Reaterro
Muros de flexão: são estruturas em concreto armado, comumente sob as
formas de L ou T invertido.
Muros de contrafortes: são estruturas em concreto armado dotadas de
contrafortes para aumentar a rigidez do muro.
Tipos de Estruturas de Contenção
Tipos de Estruturas de Contenção
• Estruturas de Contenção com Reaterro
Aterros Reforçados:
– Terra Armada
– geossintéticos
Tipos de Estruturas de Contenção
• Estruturas de Contenção sem Reaterro
cortina de estacas – pranchas
paredes de estacas metálicas com pranchões de madeira
paredes diafragma
muros de estacas escavadas
solo grampeado (‘soil nailing’)
cortinas atirantadas
Tipos de Estruturas de Contenção
• Cortinas de estacas – pranchas: são estruturas constituídas por estacas-pranchas adjacentes, que
são cravadas no terreno e que possuem engates laterais que permitem a conexão entre elas e a
formação de uma cortina. As estacas são comumente de aço ou de concreto, podendo ser usados
elementos de madeira em obras provisórias.
Para resistir aos esforços da cravação, sem sofrer flambagem, as estacas-pranchas metálicas possuem
configurações especiais que lhe garantem a rigidez necessária, mesmo tendo pequenas espessuras.
Tipos de Estruturas de Contenção
Tipos de Estruturas de Contenção
Paredes de Estacas Metálicas com Pranchões de Madeira: as paredes são constituídas de estacas
metálicas, geralmente de seção “H”, que são cravadas com certos espaçamentos nos limites da área a ser
escavada, sendo posteriormente introduzidos pranchões de madeira entre elas e dispositivos transversais
de escoramento (“estroncas”), de acordo com o avanço da escavação.
Tipos de Estruturas de Contenção
Paredes Diafragma: são estruturas contínuas de concreto armado, concretadas em módulos ou painéis
antes do início da escavação, com espessuras típicas entre 0,40 e 1,00m ou mais. Os painéis são
escavados por meios de ferramentas especiais, a partir da superfície do terreno, atingindo profundidades
superiores a 40 metros. A largura dos painéis pode variar de 2 a 4 metros, podendo ser executados em
seqüência ou em trechos alternados. A estabilidade das paredes é garantida pelo preenchimento da
escavação com lama bentonítica, constituída por uma mistura bem dosada de água e bentonita e que
apresenta propriedades tixotrópicas, ou seja, a lama tende a manifestar uma certa consistência quando
em repouso e perder esta consistência quando agitada (durante a escavação).
Tipos de Estruturas de Contenção
PD pré-moldada
PD atirantada
Tipos de Estruturas de Contenção
Muros de Estacas Escavadas: são estruturas constituídas por estacas justapostas de concreto,
moldadas in situ e escavadas por processo rotativo, utilizando-se revestimento metálico (recuperado à
medida em que se procede a concretagem da estaca) ou lama bentonítica (concretagem submersa, por
meio da substituição contínua da lama pelo concreto). A parede final pode ser composta por estacas
espaçadas, adjacentes ou secantes; neste último caso, a execução da estaca seguinte é feita antes da
cura do concreto da estaca anterior.
Tipos de Estruturas de Contenção
Solo Grampeado (‘Soil Nailing’): é um sistema de contenção, aplicado a cortes, que emprega
chumbadores, concreto projetado e drenagem (superficial e profunda). A partir do corte executado ou
existente, inicia-se a execução da primeira linha de chumbadores, aplicação do revestimento de concreto
projetado e execução da drenagem, e assim sucessivamente, até o fundo da escavação. Para um talude já
cortado, pode-se trabalhar de forma ascendente ou descendente, de acordo com a conveniência da obra.
Tipos de Estruturas de Contenção
concreto projetado
drenos horizontais
profundos (DHP’s)
Tipos de Estruturas de Contenção
Cortinas Atirantadas: são estruturas constituídas por placas de concreto que são ancoradas no terreno
por tirantes, elementos que permitem transferir, por tração, esforços para o interior do maciço. Os tirantes
podem ser de barra, de fios e de cordoalha e sua instalação ocorre de cima para baixo, de acordo com o
avanço da escavação (comumente com um sistema de drenagem associado).
Tipos de Estruturas de Contenção
tirante
drenos
Empuxos de Terra – Estado K0
No caso de um depósito de solo natural homogêneo e NT horizontal:
NT
σv’
σh’
X
a relação σh’/σv’ é constante e é chamada
de coeficiente de empuxo em repouso K0.
Nestas condições (estado K0), NÃO SE
TEM DEFORMAÇÕES LATERAIS NO
SOLO..
SOLO
Empuxos de Terra – Estado K0
Estimativas de K0
Para Argilas Normalmente Adensadas e Solos Granulares:
K0 = 1 – sen φ’
Para Argilas Sobreadensadas:
K0,SA = K0,NA . OCR0.5
Da Teoria da Elasticidade:
K0 =
υ
1−υ
coeficiente
de Poisson
Empuxos de Terra em Repouso
Eo=1/2 γ H2 Ko
Empuxos de Terra em Repouso
presença de NA
Empuxos de Terra Ativos e Passivos
Empuxo Ativo: é a pressão
limite induzida entre o solo e o
muro quando existe uma
tendência de movimentação do
solo no sentido de se expandir
horizontalmente.
Empuxo Passivo: é a pressão
limite induzida entre o solo e o
muro quando existe uma
tendência de movimentação do
solo no sentido de se comprimir
horizontalmente.
Empuxos de Terra Ativos
σv’ = γz
σv’ z
σh’
A
- solos granulares
Inicialmente, não existem deslocamentos laterais:
∴σh’ = K0 σv’ = K0 γz
No movimento da parede para fora do solo:
σv’ permanece a mesma
σh’ diminui até ocorrer a ruptura
estado ativo
Empuxos Ativos
τ
estado K0 inicial
ruptura (estado ativo)
σv’
pressão limite no
estado ativo
diminuição de σh’
σ
σh ’
estado K0
estado ativo
movimento da parede
Empuxos Ativos
plano de ruptura: ângulo de
45 + φ/2 com a horizontal
τ
45 + φ/2
φ
[σh’]ativo
σv’
σ
[σ h ' ]ativo = K A σ v '
KA =
1 − senφ
= tg 2 (45 − φ/2)
1 + senφ
coeficiente de empuxo
ativo de Rankine
Empuxos Ativos
[σ h ' ]ativo = p a = γzK a − 2c K a
- solos coesivos
Rankine
Ka -
− 2c K a
zo
zo =
2c
γ Ka
H
Ea
+
K aγH
1
(H − zo )
3
coeficiente de empuxo ativo
H
Ea =
∫
Ea =
1
K a γ(H 2 − z o 2 ) − 2c K a (H − z o )
2
zo
p a dz
K a γ(H − z o ) 2
Ea =
2
Empuxos de Terra Passivos
σv’ = γz
σv’ z
σh’
A
- solos granulares
Inicialmente, não existem deslocamentos laterais:
∴σh’ = K0 σv’ = K0 γz
No movimento da parede em direção ao solo:
σv’ permanece a mesma
σh’ aumenta até ocorrer a ruptura
estado passivo
Empuxos de Terra Passivos
τ
estado K0 inicial
ruptura (estado passivo)
pressão limite no
estado passivo
σv’
estado passivo
σh ’
estado K0
movimento da parede
aumento de σh’
σ
Empuxos de Terra Passivos
τ
φ
σv’
[σh’]passivo
σ
[σ h ' ]passivo = K P σ v '
1 + sen φ
Kp =
= tg 2 ( 45 + φ / 2)
1 − sen φ
coeficiente de empuxo
passivo de Rankine
Empuxos de Terra Passivos
- solos coesivos
[σ h ' ]passivo = p p = γzK p + 2c K p
Rankine
Kp -
H
Ep
1
H
2
1
H
3
2c K P
K pγH
coeficiente de empuxo passivo
H
Ep =
∫
Ep =
1 2
γH K p + 2cH K p
2
zo
p p dz
Empuxos de Terra
Empuxo no Repouso – condições
naturais (nenhuma deformação no
muro e nenhuma mudança nas tensões
horizontais)
Caso Passivo
Caso Ativo
σv
σh
Tensão
Empuxo Ativo - deformação do muro e
decréscimo da tensão horizontal
0
Empuxo Passivo - deformação do muro
e aumento da tensão horizontal
Empuxo passivo
δp >> δa
Empuxo no repouso
Empuxo ativo
δa
δp
Deslocamento
Empuxos de Terra
Teoria de Empuxo de Rankine (1857)
muro sem atrito
paramento do muro vertical
aterro horizontal
muro flexível
[σ h ' ]ativo = γzK a − 2c K a
[σ h ' ]passivo = γzK p + 2c K p
Empuxos de Terra
• Rankine - Superfície do terreno Inclinada de um Ângulo β
K a = cos β
K p = cos β
cos β − cos β − cos φ
2
2
cos β + cos β − cos φ
2
2
cos β + cos β − cos φ
2
2
cos β − cos β − cos φ
2
2
Empuxos de Terra
Teoria de Empuxo de Coulomb (1776)
C
β
A
Ea
W
δ
D
φ
θ
α
φ
B
Ea
δ: atrito entre o muro/solo
α−δ
W
R
Ea
αo
R
θ−φ
α
Empuxos de Terra
ka =
sen (α + φ )
2

sen(φ + δ ) sen(φ − β ) 
sen (α ) sen(α − δ ) 1 +

sen(α − δ ) sen(α + β ) 

2
2
kp =
sen 2 (α − φ )

sen(φ + δ ) sen(φ + β ) 
sen (α ) sen(α + δ ) 1 −

sen(α + δ ) sen(α + β ) 

2
2
Distribuição de Pressões sobre um Muro
[σh’]ativo
EA e EP são as
resultantes das
tensões ativas e
passivas sobre o muro
[σh’]passivo
H
EA=0.5 γH2 Ka
h
EP=0.5 γH2 Kp
KPγh
KAγH
Distribuição de Pressões sobre um Muro
Solo
distribuição dos
empuxos ativos
Solo
distribuição dos
empuxos passivos
Solo
Distribuição de Pressões sobre um Muro
q
Muro com sobrecarga q:
Solo
σv
γ
p a = γzK a + qK a
Ka
H
σa
Ea =
∫
H
zo
e a dz
1
E a = γH 2 K a + qHK a
2
γzK a
qKa
Distribuição de Pressões sobre um Muro
q
Muro com sobrecarga q:
Solo
σv
γ
p a = γzK a + qK a
Ka
H
σa
qKa γzK a
Ea =
∫
H
zo
e a dz
1
E a = γH 2 K a + qHK a
2