Investigação Geotécnica exercicío

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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.
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
Introdução
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.
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...
Introdução
... e, quando for necessário diminuir as
pressões da água sobre a estrutura
definitiva, deve ser incorporado um dreno
junto ao muro de arrimo.
���� 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
Critérios de Projeto de Estruturas de Contenção
���� 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– 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
• 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
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
• Estruturas de Contenção sem Reaterro
� cortina de estacas – pranchas
� paredes de estacas metálicas com pranchões de madeira
Tipos de Estruturas de Contenção
� paredes diafragma
� muros de estacas escavadas
���� solo grampeado (‘soil nailing’) 
���� cortinas atirantadas 
• 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
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.
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
Tipos de Estruturas de Contenção
PD pré-moldada
PD atirantada
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
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.
concreto projetado
drenos horizontais
profundos (DHP’s)
Tipos de Estruturas de Contenção
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
NT
No caso de um depósito de solo natural homogêneo e NT horizontal:
X
σh’
σv’
Empuxos de Terra – Estado K0
a relação σh’/σv’ é constante e é chamada
de coeficiente de empuxo em repouso KK00..
NestasNestascondiçõescondições (estado(estado KK00),), NÃONÃO SESE
TEMTEM DEFORMAÇÕESDEFORMAÇÕES LATERAISLATERAIS NONO
SOLOSOLO..
Para Argilas Normalmente Adensadas e Solos Granulares:
K0 = 1 – sen φ’
Para Argilas Sobreadensadas: 
Estimativas de K0
Empuxos de Terra – Estado K0
Para Argilas Sobreadensadas: 
K0,SA = K0,NA . OCR0.5
Da Teoria da Elasticidade: 
υ
υ
−
=
10
K
coeficiente 
de Poisson
Empuxos de Terra em Repouso
Eo=1/2 γ H2 Ko
presença de NA
Empuxos de Terra em Repouso
Empuxo Ativo: é a pressão
limite induzida entre o solo e o
muro quando existe uma
tendência de movimentação do
Empuxos de Terra Ativos e Passivos
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.
- solos granulares
A
σv’
σh’
z
Inicialmente, não existem deslocamentos laterais: 
σv’ = γz
∴σh’ = K0 σv’ = K0 γz
Empuxos de Terra Ativos
A
No movimento da parede para fora do solo: 
∴σh’ = K0 σv’ = K0 γz
σv’ permanece a mesma
σh’ diminui até ocorrer a ruptura
estado ativo
τ
estado K0 inicial
ruptura (estado ativo)
Empuxos Ativos
σσv’
diminuição de σh’
ruptura (estado ativo)
pressão limite no 
estado ativo
movimento da parede
σh ’
estado ativo
σ
estado ativo
movimento da parede
h ’
estado ativo
estado K0estado K0
τ
45 + φ/2
plano de ruptura: ângulo de 
45 + φ/2 com a horizontal
Empuxos Ativos
σv’[σh’]ativo
σ
φ
'σK]'[σ vAativoh =
/2)(45tg
sen1
sen1K 2A φφ
φ
−=
+
−
=
coeficiente de empuxo 
ativo de Rankine
aKc2−
Rankine
dzpE
H
z
aa
o
= ∫
aaaativoh K2cγzKp]'[σ −==
 - Ka coeficiente de empuxo ativo
- solos coesivos
Empuxos Ativos
H
zo
Ea
( )ozH −3
1
a
o K
c
z
γ
2
=
HKaγ
2
)zγ(HK
E 
)z(HK2c)zγ(HK
2
1E
2
oa
a
oa
2
o
2
aa
zo
−
=
−−−=
∫
+
A
σv’
σh’
z
- solos granulares
Inicialmente, não existem deslocamentos laterais: 
σv’ = γz
∴σh’ = K0 σv’ = K0 γz
Empuxos de Terra Passivos
A
No movimento da parede em direção ao solo: 
∴σh’ = K0 σv’ = K0 γz
σv’ permanece a mesma
σh’ aumenta até ocorrer a ruptura
estado passivo
τ
pressão limite no 
estado passivo
estado K0 inicial
ruptura (estado passivo)
Empuxos de Terra Passivos
σσv’
aumento de σh’
movimento da parede
σh ’σ ’
movimento da parede
h
estado passivo
estado K0
Empuxos de Terra Passivos
τ
σv’ [σh’]passivo σ
φ
'σ K]'[σ vPpassivoh =
)2/45(tg
sen1
sen1K 2p φφ
φ
+=
−
+
=
coeficiente de empuxo 
passivo de Rankine
 - K p coeficiente de empuxo passivo
ppppassivoh K2cγzKp]'[σ +==Rankine
- solos coesivos
Empuxos de Terra Passivos
H
PKc2
H
3
1
HK pγ
H
2
1
Ep
pp
2
p
H
z
pp
K2cHKγH
2
1E
dzpE
o
+=
= ∫
Empuxo no Repouso – condições
naturais (nenhuma deformação no
muro e nenhuma mudança nas tensões
horizontais)
Empuxo Ativo - deformação do muro e
decréscimo da tensão horizontal
Empuxo Passivo - deformação do muro
e aumento da tensão horizontalTensão
0
σσσσv
σσσσh
Caso Ativo Caso Passivo
Empuxos de Terra
e aumento da tensão horizontal
Empuxo passivo
Empuxo no repouso
Empuxo ativo
δa δp
δp >> δa
Deslocamento
� Teoria de Empuxo de Rankine (1857)
� muro sem atrito
� paramento do muro vertical
� aterro horizontal
Empuxos de Terra
pppassivoh K2cγzK]'[σ +=
aaativoh K2cγzK]'[σ −=
� aterro horizontal
� muro flexível
φββ
φβββ
22
22 coscoscos
cos
−+
−−
=aK
• Rankine - Superfície do terreno Inclinada de um Ângulo β
Empuxos de Terra
φβββ 22 coscoscoscos −+=aK
φββ
φβββ
22
22
coscoscos
coscoscos
cos
−−
−+
=pK
WEaδ
A
C
Teoria de Empuxo de Coulomb (1776)
Empuxos de Terra
β
φ
φ
Rθα
B
D
α − δ
Ea
αo α
Wδ: atrito entre o muro/solo
R
Ea
θ − φ
2
2
2
)()(
)()(1)()(
)(






+−
−+
+−
+
=
βαδα
βφδφδαα
φα
sensen
sensen
sensen
sen
ak
Empuxos de Terra
)()(  +− βαδα sensen
2
2
2
)()(
)()(1)()(
)(






++
++
−+
−
=
βαδα
βφδφδαα
φα
sensen
sensen
sensen
sen
pk
[σh’]ativo
EA e EP são as 
resultantes das 
tensões ativas e 
passivas sobre o muro
Distribuição de Pressões sobre um Muro
[σh’]passivo H
h
KAγγγγHKPγγγγh
EA=0.5 γγγγH2 Ka
EP=0.5 γγγγH2 Kp
Solo
distribuição dos 
empuxos ativos
Distribuição de Pressões sobre um Muro
Solo
Solo
distribuição dos 
empuxos passivos
Solo γ
q
σσσσv
Muro com sobrecarga q:
aaa qKγzKp +=
aK
Distribuição de Pressões sobre um Muro
σσσσv
σσσσa
azKγ qKa
aa
2
a
H
z
aa
qHKKγH
2
1E
dzeE
o
+=
= ∫
aK
H
Solo γ
q
σσσσv
Muro com sobrecarga q:
aaa qKγzKp +=
aK
Distribuição de Pressões sobre um Muro
σσσσv
σσσσa
azKγqKa
aa
2
a
H
z
aa
qHKKγH
2
1E
dzeE
o
+=
= ∫
aK
H