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DIMENSIONAMENTO DE MUROS DE ARRIMO OU CONTENÇÃO TRABALHO FEITO PARA OBTENÇÃO DE NOTA PARCIAL, ORIENTADO PELO PROFESSOR EDSON NA TURMA CVN09S2 DA DISCIPLINA OBRAS DE TERRA MANAUS SETEMBRO/2018 ACADÊMICOS Arielson Aguiar -14077094 Douglas Macedo -14173956 João Victor - 14070561 Jhon Klinsmann - 14083221 Vítoria Nunes -13311328 MANAUS SETEMBRO/2018 OBRAS DE TERRA E CONTENÇÃO MUROS DE ARRIMO OU DE CONTENÇÃO SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO......................................................................................................4 2. OBJETIVOS..........................................................................................................5 3. JUSTIFICATIVA....................................................................................................6 4. MURO DE ARRIMO.........................................................................................7 4.1 – DIMENSIONAMENTO ---------------------------------------------------------------10 4.2 - PROJETO ESTRUTURAL...........................................................................11 4.3 DADOS E ESPECIFICAÇÕES.......................................................................11 4.4 FIXAÇÃO DAS DIMENSÕES E PROJETO ESTRUTURAL.........................13 5. METODOLOGIA.................................................................................................16 6. TABELAS SEGUNDO NBR 11682/2009..........................................................18 7. ROTEIRO DE CÁLCULO..................................................................................19 8. CONCLUSÃO..................................................................................................21 9. BIBLIOGRAFIA.................................................................................................22 10. ANEXOS...........................................................................................................23 1- INTRODUÇÃO Com o avanço da ocupação do solo, e pela cultura da população de se locarem uns juntos aos outros em centros urbanos, por diversas vezes há a necessidade de execução de uma obra em locais de difícil acesso, junto de encostas ou muito próximas a elas, sendo essencial a execução de estruturas de contenção: os muros de arrimo. Os muros de arrimo são executados quando não há espaço suficiente para que as diferenças de cotas de terrenos sejam mantidas pela inclinação natural do talude, o que perfaz a solução mais barata. Muros de arrimo são estruturas destinadas a conter massas de solo, provenientes do corte de um talude ou do aterro de um terreno, evitando que o solo assuma a sua inclinação natural. Os muros são solicitados através de um empuxo passivo ou ativo. Passivo quando o muro atua sobre a terra (escoramento de valas e galerias) e ativo quando a terra atua sobre o muro. 2 – OBJETIVO Além do estudo teórico das principais técnicas utilizadas para construção de um muro de arrimo,este trabalho apresenta o acompanhamento de uma construção de um muro deste tipo, com detalhes construtivos do elemento de estudo em questão. 3 – JUSTIFICATIVA Devido a não planicidade dos terrenos e aos arrojados projetos arquitetônicos, são muitas as obras que executam cortes e aterros do solo, figurando-se os muros de arrimo elementos de fundamental importância na contenção deste solo. Cada vez mais edifícios são concebidos com garagens subterrâneas onde o solo carrega a estrutura horizontalmente, surgindo a necessidade dos muros de arrimo. A ocupação do solo em encostas e a execução de estradas em trechos de serra também necessitam de muros de arrimo para a contenção do solo. Muros de arrimo calculados e executados de forma errada, sem a utilização adequada dos drenos, podem causar acidentes. Logo, surge a relevância deste estudo, visando um cálculo correto e um bom detalhamento dos muros de arrimo 4 – MUROS DE ARRIMO Muros de arrimo são estruturas concebidas com a finalidade de conter a movimentação do solo em cortes ou aterro de terrenos. Os muros de arrimo comumente são de elevado valor e muitas vezes, para edificações de pequeno e médio porte têm seu valor maior do que o custo da edificação. O projeto de terraplenagem de um terreno deve ser realizado de forma a minimizar os cortes e conseqüentemente dispondo do mínimo de estruturas de contenção com as dimensões mínimas necessárias. Segundo MOLITERNO (1982), ao engenheiro cabe definir qual a solução à contenção do solo que desprenda o menor custo. Para isto o engenheiro deve conhecer a natureza do solo a ser contido e analisar as construções parecidas perto do muro de arrimo a ser construído. É de bom proveito verificar se o solo em questão apresenta fissuras e se a vegetação apresenta-se inclinada devido a movimentações lentas da encosta. Dentre as diversas seções de muros de arrimo existentes, a figura 3 mostra uma das seções mais usuais e seus elementos constituintes onde: Trecho AB – muro propriamente dito (cortina ou tardoz); Trecho CF – sapata de fundação; Trecho CD – ponta da sapata, que é a parte que se projeta fora da terra (talude); Trecho EF – talão da sapata, que é a parte que se projeta do lado da terra (talude); Trecho DG – dente de ancoragem Figura 3: Elementos constituintes de um muro de arrimo Dentre os diversos fatores pertinentes a concepção do projeto de um muro de arrimo pode-se agrupá-los quanto às propriedades físicas e mecânicas do solo, quanto às condições naturais e climáticas da região, os dependentes do elemento vertical (tardoz) e os dependentes do elemento horizontal (sapata). Relacionando-se ao solo temos: o peso específico natural, os parâmetros de resistência do solo (coesão e ângulo de atrito interno) e recalques. Os relacionados às condições naturais: umidade, chuvas, lençóis freáticos, trepidações e cargas no terrapleno. Quanto ao elemento horizontal temos: rotação e translação. Relacionado ao elemento vertical temos: altura, rugosidade, deformabilidade e inclinação. Como principal carregamento do muro de arrimo tem-se o empuxo de terra, passivo ou ativo, tendo como causa desse empuxo os cortes e os aterros do terreno. É de suma importância para o cálculo de uma estrutura de contenção de terra o cálculo deste empuxo que se da pela tendência do solo de voltar a sua declividade natural. Para que o solo não tenda a se reacomodar, o ângulo de atrito entre os grãos deve ser maior do que o ângulo de inclinação do talude. Como outro carregamento pertinente a estrutura de arrimo tem-se a sobrecarga referente à utilização do terreno adjacente. Se essa sobrecarga se apresentar de forma distribuída, o seu efeito é considerado acrescentando uma altura de terra equivalente ao carregamento. Se essa sobrecarga se der sobre uma carga pontual, deve-se analisar o seu ponto de atuação analisando se ela esta sobre o aterro e analisar se o bulbo de pressões gerado pela carga pontual carrega a estrutura de contenção. Para solos coesivos ocorre uma pressão negativa no solo que alivia a estruturaporém esse alívio não é considerado a favor da segurança, tendo em vista uma imprecisão quanto a natureza do solo no futuro, que pode ser alterada pelo homem. Para o cálculo do empuxo pode-se determiná-lo analiticamente por diversos métodos tais como o Método de Coulomb ou o Método de Rankine ou graficamente pelo método de Poncelet. Como vantagem do método de Poncelet, tem-se que esse método nos fornece uma indicação da cunha de terra que poderá deslizar e provocaro empuxo, podendo assim postergar a execução do muro para o fim da obra em questão. Quando for preciso muros com altura maior que 4 m, é conveniente o emprego de gigantes, também chamados de contrafortes, com ou sem vigas intermediárias. A figura 4 mostra contrafortes sem vigas (figura 4 a), com vigas (figura 4 b). Podem ser colocados do lado da terra a ser contida ou do lado externo do muro (figura 4 c). Figura 4a Gigantes do lado da terra Figura 4b Gigantes/vigas do lado da terra Figura 4 Muros de arrimo com gigantes e vigas intermediarias (Moliterno,1982) A função das vigas intermediárias é de aliviar o momento na base do muro de arrimo dividindo a porção de terra que gera o empuxo em duas ou mais partes além de proporcionar maior rigidez. DOMINGUES (1997) diz que para o cálculo do muro de arrimo devemos fazer um pré- dimensionamento da estrutura onde, o único dado conhecido é a altura do muro delimitado pelas cotas inferior e superior co terreno e as demais dimensões são determinadas com a experiência do projetista e, posteriormente devem ser confirmadas na verificação das resistências das seções e se preciso,alterá-las. Uma vez realizado o pré-dimensionamento, inicia-se a verificação da estabilidade do conjunto quanto ao tombamento e ao deslizamento. 4.1– DIMENSIONAMENTO Seguindo o manual do DNIT o muro de Contenção será construído em concreto armado e está subdivido em infraestrutura – fundações (sapata corrida) e superestrutura (vigas de ancoragem e de crista e cortina (parede)). Segue discriminado nos itens abaixo o roteiro de cálculo com a apresentação da metodologia de dimensionamento dos elementos estruturais em sequência lógica de forma que facilmente possam ser entendidos e interpretados o cálculo dos esforços solicitantes devido às cargas permanentes: empuxo de terra; peso da terra sobre o talão; peso próprio do muro; reações do solo (diagrama de tensões na base do muro); pressões de terra sobre o muro (carga equivalente ao empuxo – diagrama de tensões na parede do muro); e carga concentrada, eventualmente aplicada no topo do muro, e carga distribuída de alguma edificação nas proximidades do muro, móveis, acidentais e outras, para cada elemento estrutural e a verificação de sua resistência. O cálculo é elaborado para a extensão de 1,00m de muro, sendo um total de c=56,00m. A única dimensão previamente conhecida é a altura h= 2,80m do muro. A marcha dos cálculos obedece as seguintes partes: I. Fixação das dimensões – PROJETO ESTRUTURAL; II. Verificação da estabilidade do conjunto; III.Cálculo dos esforços internos solicitantes no muro e dimensionamento das armaduras. O muro é calculado como uma laje em balanço, engastada na sapata. 4.2 – PROJETO ESTRUTURAL 1º) DADOS E ESPECIFICAÇÕES Cada furo de ser marcado com um piquete de madeira ou material apropriado. Neste piquete deve estar gravado a identificação do furo. Em geral, o primeiros metros de solo não interessa em termos de resistência. 1- Do perfil do terreno e sondagem (SPT): Dados empíricos por analogia do solo verificado no campo. 2- Especificações do solo: Ângulo de talude natural: 030 Coesão: C= 0,50Kgf/cm2 Peso específico aparente: 3/000.2 mKgft Tensão admissível do solo: 2 . /10.2 cmKgfadm Especificações do concreto (fck): MPacmKgffck 25/50,2 2 Especificações do aço (fy): CA – 50 Fy = 5000kgf/cm2 Coeficientes de minoração e segurança: NBR 6118-2010 O coeficiente de segurança contra escorregamento e tombamento adotado foi de FS=1,5, conforme preestabelecido pelas Normas Técnicas,para garantir a estabilidade estática, sendo necessário a utilização de viga de ancoragem na sapata, para aproveitar a ação do empuxo passivo. Controle tecnológico: 40,1 15,1 40,1 f S C Verificar a resistência dos materiais de acordo com as Normas. Metodologia executiva: Retirar parte da terra, para construção do muro no alinhamento determinado pelo Projeto Arquitetônico; Construir o muro, respeitando as Normas de execução para reduzir os efeitos de retração do concreto; Reaterrar, apiloando o terreno com soquete manual ou mecânico em camadas superpostas de 20cm de espessura; Controlar a umidade do aterro; Executar a drenagem concomitantemente com o aterro junto ao muro, através de colocação de tubos de 75mm (barbacãs) ao longo da cortina atravessando a parede em certos intervalos, permitindo o rápido escoamento das águas para o lado externo, a fim de evitar o aumento do empuxo; Executar juntas de dilatação com espessura de 30mm, preenchidas com massa elástica na base de mastique e silicone, a cada trecho de 25,00m de comprimento, a fim de evitar aos esforços causados pelas variações de temperatura; Cumprir as Normas gerais de execução de estruturas de concreto armado, 2º) FIXAÇÃO DAS DIMENSÕES E PROJETO ESTRUTURAL A – DESENHOS CONSTRUTIVOS As dimensões da geometria do muro foram estimadas por comparação de outros Projetos e apresentado em desenho, a planta baixa da base do muro e seção transversal. B – CÁLCULO DO EMPUXO DE TERRA Altura de terra equivalente à sobrecarga no terreno adjacente ao topo do muro: m q h mKgfq t o 2,0 2000 400 /400 2 Coeficiente de Empuxo (Teoria de Coulomb): 333,0 2 30 45 2 45 02 02 K tgK tgK Altura total: mH H hhH 0,3 2,080,2 0 Grandeza do empuxo: m tf E E hHKE ativo ativo tativo 60,2 2,004,3*333,0*00.2* 2 1 *** 2 1 22 2 0 2 Ponto de aplicação: my y Hh Hhh y 87,1 04,324,0 04,324,0*2 * 3 80,2 *2 * 3 0 0 C – MOMENTO FLETOR NA BASE DO MURO DEVIDO AO EMPUXO O muro será calculado como uma laje vertical, em balanço, e engastada na sapata: m mtf M M yEM ativo . 86,4 87,1*60,2 * D – PRÉ-DIMENSIONAMENTO Base do muro ( Altura útil da seção de concreto (d): → d = 10 * = 21cm Adotando, segundo a NBR 6118:2003, um cobrimento de 3cm + 3 = 24 → Topo do muro ( Segundo a NBR 6118:2003, Para brita n°2: Largura da sapata( : Usualmente: → Ponta da sapata (r): Usualmente: Talão da sapata (t): = 1,5 – (0,5 + 0,25) → Espessura da sapata ( Para a condição do muro engastado na sapata. 5 – METODOLOGIA Estudo e revisão bibliográfica de muros de arrimo em concreto armado, do empuxo de terra e dos elementos de um muro de arrimo. Descrição dos métodos de cálculo do empuxo de terra.Método analítico de Rankine e método gráfico de Poncelet Descrição das etapas de obtenção das dimensões dos elementos do muro de arrimo e do elemento de fundação Verificação do conjunto: verificação da estabilidade do conjunto com as medidas pré- dimensionadas e com as cargas verticais e horizontais, definição da posição do centro de pressão e excentricidade. Elaboração do cálculo dos esforços solicitantes no tardoz e na ponta e no talão da sapata de fundação. Orientação para a determinação da armadura resistente aos esforços solicitantes no muro e na sapata. Exemplificação da teoria de cálculo através do cálculo de um muro de arrimo de 3,0m de altura: determinação do empuxo por Rankine e Poncelet, pré-dimensionamento do muro de arrimo, verificação da estabilidade solo-muro, determinação dos esforços solicitantes no muro e na sapata, determinação das armaduras resistentes e detalhamento da armação do muro. Orientação para um projeto de muro de arrimo quanto a drenagem do aterro. Citação de patologias pertinentes a muros de arrimo. Conclusão de modo a orientar futuros projetistas de muros de arrimo em concreto armado. Tabela 01 – descrição geotécnica do laudo Unidade Geotécnica Descrição 1º Arenoso, plástica amarelada, mediamente plástica consistência media rija. 2º Areia media e grossa argilosa mediamente plástica de cor avermelhada, compacidade medianamente compacta. 3º Areia media e grossa siltosa medianamente plástica. De cor avermelhada compacidade compacta. 4º Limite da sondagem Obs. (Foi adotada segundo o laudo exposto uma resistência do solo de 210kn/m2). 6 – TABELAS SEGUNDO NBR 11682/2009 7 – ROTEIRO DE CÁLCULO 7.1 – COIFICIENTES DE EMPUXO Obs.: (dados do muro de arrimo/ ɣs=17Kn/m³ areia, ɣm=22Kn/m³ concreto ciclopto, φ=30º, C=0) Ka = tg² (45 – φ/2) Kp = tg² (45 – φ/2) Ka = 1/Kp Kp = 1/Ka Ka = tg² (45 – 30/2) Ka = 0,33 Kp = 1/0,33 Kp = 3 7.2 – CÁLCULO DOS EMPUXOS Ea = ɣs x h x Ka x h/2 Ea = 17Kn/m³ x 4m x 0,33 x 4m/2 = 45Knm/m Ep = ɣs x h x Kp x h/2 Ep = 17Kn/m³ x 0,5m x 3 x 0,5m/2 = 6,375Knm/m Obs.: (consideramos o dimensionamento do muro por faixa de metro) 7.3 – MOMENTOS PROVINIENTES DOS EMPUXOS Momento de tombamento MT = Ea x c MT = 45kn x (4m x 1/3) = 60Kn/m Momento resistência empuxo passivo MREP = Ep x a MREP = 6,375Kn x (0,4 x 1/3) = 85Knm 7.4 – PESO DO MURO P = ɣc x área x faixa de P1=22Kn/m³x0,6mx4mx1m = 53Kn P2=22Kn/m³x1mx4m/2x1m = 44Kn P3=22Kn/m³x2mx0,5mx1m = 22Kn PT = P1+P2+P3 PT=53+44+22 = 119Kn 7.5 – MOMENTO PROVINIENTEDO PESO DO MURO Momento de resistência por metro MRm = Ʃ (p x d) MR1 = P1 x X = 53Kn/m³ x (2m – 0,6m/2) = 90,1Knm MR2 = P2 x y = 44Kn/m³ x [(2/3x1m) + 0,4m] = 47Knm MR3 = P3 x Z = 22Kn/m³ x 2m/2 = 22Knm MRm = MR1 + MR2 + MR3 90,1+ 47 + 22 = 159,1Knm 7.6 – VERIFICAÇÃO DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO (01) Fs ˃ ou = 1,5 NBR 1168/2009 Fs = MR/MT = MRep + MRm / MT ˃ ou = 1,5 Fs = 0,85nm + 159,1Kn/m / 60Knm = 2,6 Fs = 2,6˃ 1,5 OK! 7.7 – VERIFICACAO DE SEGURANCA AO DESLIZAMENTO (02) Fs ˃ ou = 1,5 Fs = s + Ep / Ea = P x tgθ + Ep / Ea ˃ ou = 1,5 Fs = 119Kn x tg (30º) + 6,375Kn / 45 = 1,7 Fs = 1,7˃ 1,5 OK! 7.8 VERIFICACAO E SEGURANCA A RUPTURA DO SOLO (03) E = B/2 - e’ ; e ˂ B/6 0,85KN+159,1Knm– 60Knm /119KN= 0,84m e’ = ƩM / ƩFV e = 2m / 2 – 0,84 = 0,16 e = 2 / 6 = 0,33m 0,16˂ 0,33m dentro do núcleo σm = 119Kn / 2,m x (1 + 6 x (0,16) / 2m) = 58,31Kn/m² por metro do muro Logo: σm = 58,31 Kpa ˂ σadm = 105Kpa OK! 8 – CONCLUSÃO Muros de arrimo são estruturas de grande importância. Logo o projeto de um muro de arrimo deve ser muito bem realizado assim como a sua execução, apesar de não ser o que acontece em grande parcela dos muros executados, onde os engenheiros projetistas e engenheiros de obras acabam por deixá-lo em segundo plano, muitas vezes colocando a vida de pessoas em risco. 9– BIBLIOGRAFIA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.; NBR-6118: Projeto e execução de obras de concreto armado. Rio de Janeiro, ABNT, 2003. BUENO B. S.; VILAR O. M.: Mecânica dos solos. V.2. Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de Geotecnia. São Carlos, 1985. CARVALHO R.C.; FIGUEIREDO J.R.; Muros de Arrimo CARVALHO R.C.; FIGUEIREDO J.R.; Cálculo e Detalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado. V.1. São Carlos, 2006. Editora: EDUFSCAR DOMINGUES, P.C.; Indicações para projetos de muros de arrimo em concreto armado. São Carlos, 1997. Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo GUERRIN A.; LAVAUR R.C.; Tratado de Concreto Armado: Muros de Arrimo e Muros de Cais. V.6. Editora: Hemus Editora Limitada. LOBO A.S.; FERREIRA C.V.; RENOFIO A.; Muros de arrimo em solos colapsíveis provenientes do arenito Bauru: problemas executivos e influência em edificações vizinhas em áreas urbanas. Maringá: UNESP/Departamento de Engenharia Civil, 2003. P 169-177 Trabalho de Conclusão de Curso. MOLITERNO A.; Caderno de Muros de Arrimo. São Paulo. Editora Edgard Blucher 10–ANEXOS DIMENSIONAMENTO DE MUROS DE ARRIMO OU CONTENÇÃO 3. JUSTIFICATIVA....................................................................................................6 4. MURO DE ARRIMO.........................................................................................7 4 – MUROS DE ARRIMO ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.; NBR-6118: Projeto e execução de obras de concreto armado. Rio de Janeiro, ABNT, 2003.
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