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OBRAS DE TERRA PROF. BRUNO VENSON DE SOUZA MÉTODO DE AVALIAÇÃO • Frequência nas aulas: • Avaliação de desempenho: • Se MS <7,0 então a média final: • Onde: NP1= Nota da Prova 1 AC1= Trabalho 1 MF= Média Final NP2= Nota da Prova 2 AC2= Trabalho 2 EX= Exame Avaliação de frequência ≥ 75 % Média Semestral MS = 𝑁𝑃1+𝑁𝑃2 2 ∗ 0,70 + 𝐴𝐶1+𝐴𝐶2 2 ∗ 0,30 ≥ 7,0 MF = 𝑀𝑆+𝐸𝑋 2 ≥ 5,0 CONTÉUDO DA DISCIPLINA • Empuxos de Terras: Teorias de Rankine e Coulomb • Muros de Arrimo ou de Contenção • Estabilidade de Taludes • Movimentos de Maciços Terrosos • Estudo da Ruptura de Taludes • Ensecadeiras de Terra e Enrocamento • Aterros Compactados • Poços Profundos • Barragens de Terra OBJETIVOS DA DISCIPLINA • Elaboração de Projetos de Engenharia e Laudos Técnicos ➢MUROS DE CONTENÇÃO/MUROS DE ARRIMO ➢ CORTINAS DE ESTACA-PRANCHA ➢ ENSECADEIRAS ➢ ESTABILIDADE DE TALUDES ➢ ATERROS ➢ POÇOS PROFUNDOS ➢ BARRAGENS DE TERRA DISCIPLINAS RELACIONADAS • Mecânica dos Solos • Fundações ➢ FUNDAÇÕES DIRETAS ➢ FUNDAÇÕES PROFUNDAS • Estradas e Aeroportos • Hidrologia • Geologia FORMATO DAS AULAS • Conteúdo via apresentação de Slides • Exercícios serão realizados no Quadro com o auxílio dos Slides • Dúvidas poderão ser retiradas todas as terças-feiras antes do início da aula • E-mail do professor: brunovenson@hotmail.com • Observações durante a aula: BIBLIOGRAFIA BÁSICA (1) SIMONS, N.; MENZIES B. Introdução à Engenharia de Fundações, Editora Interciência, Rio de Janeiro, 1981. (2) CARDOSO, R. R. Fundações: Engenharia Aplicada, Editora Nobel, São Paulo, 1986. (3) RODRIGUES, J. C. Geologia para Engenharia Civil, Editora Mac Graw Hill, São Paulo, 2000. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR (1) MELLO, V. F. B. Mecânica dos Solos, Escola Politécnica da USP, São Paulo, 1975. (2) POPP, S. H. Geologia Geral, Editora LTC, Rio de Janeiro, 1987. (3) HIRCHFELD, H. A Construção Civil Fundamental – Modernas Técnicas, Editora Atlas, São Paulo, 2000. (4) CAPUTO, H. P. Mecânica dos Solos e suas Aplicações, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2001. (5) WICANDER, R; MONROE, JAMES S.; Fundamentos de Geologia, Editora Cengage Learning, São Paulo, 2009. EXEMPLOS PRÁTICOS Muros de Arrimo ou de Contenção: “Estrutura de contenção de parede vertical apoiada em uma fundação rasa ou profunda” EXEMPLOS PRÁTICOS Cortinas de Estacas Prancha: “Estrutura de contenção lateral constituída de elementos cravados lado a lado com engastes laterais que permitem a construção de uma cortina” EXEMPLOS PRÁTICOS Ensecadeiras: “Estrutura de contenção temporária de superfícies escavadas contra a ação de águas superficiais ou subterrâneas” EXEMPLOS PRÁTICOS Estabilização de Taludes: “Execução de obras de engenharia para evitar movimentos indesejados de maciços de solos que possam causar prejuízo a sociedade e ao meio ambiente” EXEMPLOS PRÁTICOS Escavação e Aterro: “Movimento de terra através do uso de equipamentos com o objetivo de adequar os níveis geométricos do terreno para um projeto de engenharia” EXEMPLOS PRÁTICOS Poços Profundos: “Execução de perfuração com equipamento específico para atingir o nível de aquíferos com fins para abastecimento de água potável” EXEMPLOS PRÁTICOS Barragens de Terra: “Elemento estrutural construído transversalmente na direção do escoamento de um curso d’água com fins para criação de um reservatório artificial de água” AULA 1 EMPUXOS DE TERRA INTRODUÇÃO TIPOS DE EMPUXO “Chamamos de empuxo de terra, o esforço exercido ou recebido pelo solo em relação ao uma estrutura vertical para contenção do solo” ➢Os Empuxos são divididos em: ➢ EMPUXO PASSIVO: OS ESFOÇOS OCORREM DO MURO DE CONTENÇÃO PARA O SOLO E A RESULTANTE DOS ESFOÇOS É DENONIMADA EMPUXO PASSIVO (Ep) (ESCORAMENTOS, VALAS, CANAIS) ➢ EMPUXO ATIVO: OS ESFOÇOR OCORREM DO SOLO PARA O MURO DE CONTENÇÃO, SENDO QUE A RESULTANTE DOS ESFORÇOS É DENOMINADA EMPUXO ATIVO (Ea) (MUROS DE ARRIMO OU CONTENÇÃO) TIPOS DE EMPUXO ➢EMPUXO PASSIVO: O SOLO RECEBE OS ESFORÇOS DA ESTRUTURA DE CONTENÇÃO TIPOS DE EMPUXO ➢EMPUXO ATIVO: O SOLO EXERCE OS ESFORÇOS SOBRE A ESTRUTURA DE CONTENÇÃO SITUAÇÕES QUE OCORREM EMPUXO ➢Atividades de terraplenagem podem gerar situações que se faça necessário a execução de uma estrutura para contenção de solo e evitar deslocamentos de maciços de solo: ➢ ESCAVAÇÃO OU CORTE DO TERRENO, RODOVIA, OBRA DE ARTE ➢ EXECUÇÃO DE ATERRO DO TERRENO, RODOVIA, OBRA DE ARTE ➢ CONSTRUÇÃO DE UMA ESTRUTURA PRÓXIMO A BORDA DO ATERRO SITUAÇÃO DE REPOUSO Dias, Meses, Anos REPOUSO SITUAÇÕES QUE OCORREM EMPUXO ESCAVAÇÃO DO TERRENO DESLOCAMENTO DO MACIÇO Dias, Meses, Anos REPOUSO CORTE Dias, Meses, Anos REPOUSO CORTE DESLOCAMENTO (E) SITUAÇÕES QUE OCORREM EMPUXO RUPTURA DO TERRENO Dias, Meses, Anos REPOUSO CORTE DESLOCAMENTO RUPTURA ∅ = 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙í𝑏𝑟𝑖𝑜 SITUAÇÕES QUE OCORREM EMPUXO CASOS REAIS DE RUPTURA DO MACIÇO DE TERRA SITUAÇÕES QUE OCORREM EMPUXO ➢Atividades de terraplenagem podem gerar situações que se faça necessário a execução de uma estrutura para contenção de solo e evitar deslocamentos de maciços de solo: ➢ ESCAVAÇÃO OU CORTE DO TERRENO, RODOVIA, OBRA DE ARTE ➢ EXECUÇÃO DE ATERRO DO TERRENO, RODOVIA, OBRA DE ARTE ➢ CONSTRUÇÃO DE UMA ESTRUTURA PRÓXIMO A BORDA DO ATERRO MOVIMENTAÇÃO DE TERRA SOLO NATURAL APÓS ESCAVAÇÃO SITUAÇÕES QUE OCORREM EMPUXO COMPACTAÇÃO DO ATERRO SOLO NATURAL APÓS ESCAVAÇÃO APÓS COMPACTAÇÃO + 30% REDUÇÃO DE 60 A 90% DO NATURAL (Ea) TEORIA DA ELASTICIDADE Conceitos da Teoria de Elasticidade para o Cálculo de Empuxo: ➢Análise da deformação do solo quando submetido a pressões de compressão: 𝜎𝑣 𝑏 + ∆𝑏 ℎ ∆ℎ ➢Para cada tensão temos uma variação da deformação atendendo a Lei de Hooke. Desta forma podemos utilizar o módulo de elasticidade (E) para medir a deformação do corpo: 𝐸 = ∆𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 ∆𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎çã𝑜 ➢Sabendo que a deformação de um corpo sólido é dada pela variação da sua largura em relação a largura inicial: 𝜀 = ∆𝐿 𝐿 (1) (2) TEORIA DA ELASTICIDADE 𝜎𝑣 𝑏 + ∆𝑏 ℎ ∆ℎ ➢Temos: 𝐸𝑣 = 𝜎𝑣 ∆ℎ ℎ ➢A partir das deformações horizontais e verticais, podemos encontrar o Coeficiente de Poisson: 𝐸ℎ = 𝜎ℎ ∆𝑏 𝑏 𝜇 = ∆𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎çã𝑜ℎ𝑜𝑟 ∆𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎çã𝑜𝑣𝑒𝑟 = 𝜀ℎ 𝜀𝑣 = ∆𝑏 𝑏 ∆ℎ ℎ 𝜎 = 𝐸 ∗ 𝜀POIS (3) (4) (5) 0,25 ≤ 𝜇 ≥ 0,50 Para Solos em Geral TEORIA DA ELASTICIDADE ➢Módulo de Elasticidade de argilas saturadas e não drenadas ➢Módulo de Elasticidade de solos arenosos em solicitação drenada para tensão de 100 kPa TEORIA DA ELASTICIDADE ➢A relação entre as tensões verticais e horizontais são importantes para facilitar o processo de cálculo da tensão-deformação que é dada pelo coeficiente de empuxo de terra (K): 𝐾 = 𝜎ℎ 𝜎𝑣 “Qualquer valor de pressão horizontal será sempre calculado em função da pressão vertical que em função do peso próprio e cargas acidentais adiciona deformação horizontal” (6) TEORIA DA ELASTICIDADE ➢Diagrama de tensões horizontais: NÍVEL DO TERRENOA B 𝜎𝐻 = 𝐾 ∗ 𝜎𝑉 𝑬 𝜎𝑉 ℎ 3 ℎ ➢A resultante do das tensões horizontais ou empuxo (E) pode ser obtida através da integração das componentes horizontais de tensão: 𝐸 = න 0 ℎ 𝜎ℎ ∗ 𝑑ℎ = න 0 ℎ 𝐾 ∗ 𝜎𝑣 ∗ 𝑑ℎ (7) ➢Considerando o peso específico do solo: 𝜎𝑣 = 𝛾 ∗ ℎ (8) ➢Aplicando (8) a (7), a resultante do empuxo: 𝐸 = න 0 ℎ 𝐾 ∗ 𝛾 ∗ ℎ ∗ 𝑑ℎ = 𝐾 ∗ 𝛾න 0 ℎ ℎ ∗ 𝑑ℎ (9) TEORIA DA ELASTICIDADE➢Diagrama de tensões horizontais: NÍVEL DO TERRENO A B 𝜎𝐻 = 𝐾 ∗ 𝜎𝑉 𝑬 𝜎𝑉 ℎ 3 ℎ ➢Resolvendo a integral (9), podemos representar a equação do empuxo pela equação abaixo: 𝐸 = 𝐾 ∗ 𝛾 ∗ ℎ2 2 (10) TEORIA DA ELASTICIDADE Empuxo no repouso: ➢Vamos considerar uma situação de equilíbrio perfeito onde a massa de solo se mantém estável, ou seja, em equilíbrio estático: ➢A pressão lateral sofrida pelo solo pode ser dada nesta situação pela equação: 𝜎𝐻 = 𝐾0 ∗ 𝜎𝑉 ➢Em solos permeáveis caso haja a presença de água, devemos fazer a diferença entre a pressão ocupada pelos vazios do solos: (11) (12) NÍVEL DO TERRENOA 𝜎𝐻2 𝜎𝐻 𝜎𝑉 𝜎𝑉2 𝜎𝑣𝑎 = 𝛾𝑎 ∗ ℎ TEORIA DA ELASTICIDADE ➢Diagrama de tensões horizontais para situações de repouso com equilíbrio estático no primeiro caso sem permeabilidade e no segundo caso permeável: NÍVEL DO TERRENO 𝐾0 ∗ 𝛾 ∗ ℎ 𝑬𝟎 ℎ 3 ℎ NÍVEL DO TERRENO 𝐾0 ∗ 𝛾 ∗ ℎ 𝑬𝟎 ℎ 3 ℎ 𝛾𝑎 ∗ ℎ TEORIA DA ELASTICIDADE ➢O Coeficiente de empuxo no repouso (Ko) para cálculo das tensões horizontais pode ser determinado pela equação abaixo: 𝐾0 = 𝜇 1 − 𝜇 (13) ➢Coeficiente de empuxo Ko para solos saturados e não saturados TEORIA DA ELASTICIDADE ➢Variação dos valores de Ko para solos argilosos e arenosos TEORIA DA ELASTICIDADE Condições de movimentação do plano de contenção: ➢Vamos agora considerar situações onde ocorram deslocamentos no plano de contenção de forma a criar tensões de cisalhamento no corpo do solo: ➢Serão desenvolvidas tensões horizontais ativa e passiva de forma a movimentar a parede de contenção. TEORIA DA ELASTICIDADE Condições de movimentação do plano de contenção: ➢Sowers e Sowers especifica valores típicos da inclinação para acionamento da resistência ao cisalhamento no plano de ruptura e produzir estados ativos e passivos de empuxo: H= altura da estrutura CÁLCULO DE EMPUXO ➢Para resolução dos problemas envolvendo estabilidade de taludes e muros de contenção é necessário determinar a intensidade do Empuxo de Terra. Dentre as principais teorias mecânica para determinação: ➢MÉTODO DE COULOMB FORMULADO PELO FÍSICO E ENGENHEIRO FRANCÊS COULOUMB EM 1773 ➢MÉTODO DE RANKINE FORMULADO PELO ENGENHEIRO ESCOCÊS RANKINE EM 1856 ➢MÉTODO DE PONNCELET FORMULADO PELO ENGENHEIRO FRANCÊS PONCELET EM 1840 ➢Nesta disciplina abordaremos os métodos de COULOMB e RANKINE para o cálculo e determinação do Empuxo de Terra. VÍDEO RUPTURA DE BARRAGEM
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