Introduzir o conceito de estrutura de suporte flexível;

Transcrição

1 Aula 9- Estruturas de Suporte Flexíveis: definição e tipologias. Dimensionamento de estruturas flexíveis: MEF e método Britânico para cortinas autoportantes Paulo Coelho - FCTUC Mestrado em Engª. Civil - Construções Civis ESTG/IPLeiria Objectivos da Aula Introduzir o conceito de estrutura de suporte flexível; Apresentar tipos principais de estruturas flexíveis (em função do tipo de apoios e de cortina) e algumas das suas variantes Demonstrar a importância do Método dos Elementos Finitos no dimensionamento de estruturas deste tipo; Apresentar o método Britânico de dimensionamento para cortinas autoportantes 1

2 Conceito de Estrutura de Suporte Flexível Estrutura de suporte flexível: estrutura de suporte que sofre deformações por flexão que afectam a grandeza e a distribuição das pressões de terra transmitidas pelo solo; Numa estrutura de suporte flexível, as pressões de terra e as deformações dependem não só das características do solo (resistência e rigidez), mas também da rigidez da própria cortina; O método construtivo pode ter também papel determinante sobre as deformações da cortina e as pressões das terras que sobre ela actuam. Tipos de Estrutura de Suporte Flexíveis As estrutura de suporte flexíveis podem ser classificadas no que diz respeito às: - Condições de Apoio; - Características da Cortina Nota- existem muitas técnicas semelhantes que resultam de desenvolvimentos tecnológicos e variantes introduzidos pelos construtores; nem sempre a classificação de uma parede como flexível é inquestionável. 2

3 Tipo de Condições de Apoio em Estruturas de Suporte Flexíveis No que se refere às condições de apoio, as estrutura de suporte flexíveis podem ser classificadas em 3 categorias principais: - autoportantes; - mono-apoiadas; - multi-apoiadas, nomeadamente multi-ancoradas; multi-escoradas Exemplos de cortinas autoportantes: 3

4 Exemplos de cortinas autoportantes (evidência da estrutura num caso de instabilidade): Exemplos de cortinas mono-apoiadas: 4

5 Exemplo de cortina mono-apoiada (caso singular): Exemplo de cortina mono-apoiada (cortina em betão armado): 5

6 Exemplos de cortinas multi-apoiadas (multiancoradas): Exemplos de cortinas multi-ancoradas (soluções inovadoras): 6

7 Exemplos de cortinas multi-apoiadas (multiescoradas): Exemplos de cortinas multi-escoradas (escoras podem perturbar trabalhos): 7

8 Exemplos de cortinas multi-escoradas (podem constituir solução simples e económica em alguns casos): Exemplos de cortinas multi-escoradas (escoras podem ser pré-esforçadas): 8

9 Exemplos de cortinas multi-escoradas (escoras podem ser inclinadas): Exemplos de cortinas multi-escoradas (cortinas metálicas): 9

10 Tipo de Cortina em Estruturas de Suporte Flexíveis No que se refere às características da cortina, as estrutura de suporte flexíveis podem ser classificadas em várias categorias, incluindo: - cortinas de estacas-prancha; - paredes moldadas; - cortinas de estacas de betão armado - cortinas de estacas de solo melhorado (DM) - cortinas tipo Berlim Exemplos de cortinas de estacas-prancha: - Estacas-prancha para construção do Hotel Torre Vasco da Gama (Parque EXPO) 10

11 Contenção Provisória (Av.Brasília, Porto) e outras mesmo em protecção costeira Mas para além das cortinas de estacas-prancha metálicas, existem as de Vinil (PVC): 11

12 Exemplos de equipamento para cravar estacasprancha: Exemplos de paredes moldadas: - Parede moldada ancorada - Palácio Sotto Mayor, Lisboa 12

13 - Parede moldada ancorada - Palácio Sotto Mayor, Lisboa - Parede moldada ancorada - Palácio Sotto Mayor, Lisboa 13

14 Exemplos de equipamento para executar paredes moldadas (fase de escavação): Exemplos de execução de paredes moldadas: 14

15 Exemplos de execução de paredes moldadas: Obra com execução de paredes moldadas: 15

16 Exemplos de estacas de betão armado: - Cortina de estacas ancoradas - Central nuclear Neckarwestheim, Alemanha - Cortina de estacas Metro do Porto 16

17 - Cortina de estacas Terreiro do Paço - Cortina de estacas exemplos (afastadas, contíguas ou secantes) 17

18 Exemplos de estacas/paredes (Deep-Mixing): - Cortina de estacas contíguas produzidas pela técnica de DeepMixing 18

19 Deep-Mixing: técnica Deep-Mixing: técnica (pode produzir paredes contínuas- até impermeáveis) 19

20 Deep-Mixing: equipamento 20

21 Exemplos de cortinas tipo Berlim - Provisórias: constituídas por pranchas de madeira que se apoiam nos banzos de perfis metálicos (ou até em perfis de madeira) previamente cravados no solo. Exemplos de cortinas tipo Berlim - Definitivas: constituídas por painéis de betão betonados de forma alternada e directamente contra o terreno, envolvendo os perfis metálicos verticais previamente cravados no solo, e ancorados à medida que a escavação progride. 21

22 Execução de cortinas tipo Berlim Definitivas 1. furação, instalação e selagem dos perfis; 2. execução de viga de coroamento; 3. escavação do 1º nível (por painéis alternados); 4. betonagem dos painéis do nível e realização das suas ancoragens; 5. repetir 3 para 2º nível; 6. repetir 4 para 2º nível; 7. Repetir passos 5 e 6 até atingir base e executar fundação (8) Dimensionamento Completo de Estrutura de Suporte Flexível Dimensionamento externo: - rotura do fundo da escavação rotura hidráulica capacidade de carga - estabilidade em relação às cargas verticais - estabilidade global 22

23 Dimensionamento Interno - apoios - cortina Avaliação de Deformações: - estrutura em si; - vizinhança da estrutura Uso do MEF no dimensionamento de Estruturas de Suporte Flexíveis O MEF permite : - modelar geometria da escavação e do terreno - simular diferentes fases construtivas, o que pode influenciar o desempenho da solução - reproduzir o comportamento dos solos, usando leis constitutivas adequadas - avalia os esforços e deformações da estrutura, assim como as tensões e deformações no maciço 23

24 O MEF engloba alguns perigos: - uma modelação incorrecta do problema (processo construtivo, comportamento do solo, etc, pode ter consequências muito sérias!); Nota- O uso da ferramenta está fora do âmbito da disciplina Método Britânico p/ dimensionamento de cortinas autoportantes Cortinas autoportantes têm estabilidade assegurada unicamente pelas tensões desenvolvidas ao longo da sua altura enterrada; A estimativa da altura enterrada e dos esforços na cortina são usualmente obtidos com base em métodos de equilíbrio limite, que admitem que de cada lado da cortina se mobilizam os estados de equilíbrio limite activo e passivo. 24

25 Numa cortina autoportante tende a existir um ponto (dito ponto de rotação), abaixo e acima do qual os impulsos activo e passivo passam a actuar de lados contrários; Uma distribuição de pressões realista sobre uma cortina deste tipo é: Onde está o centro de rotação? No método Britânico de dimensionamento, os diagramas de pressões na frente e tardoz da cortina são simplificados como se ilustra abaixo: Kp Ka Ka P Kp 25

26 No método Britânico de dimensionamento, os impulsos abaixo do Centro de Rotação (P) são substituídos por uma resultante (Rd): Diagrama de momentos flectores Ka Kp Ka d' Kp Ka P Kp P Rd O cálculo dos impulsos pode ser feito pelas Teorias de Rankine ou Coulomb, devendo ser tido em conta que: - a teoria de Coulomb fornece valores do impulso passivo elevados e do lado contrário à segurança, pelo que o valor do ângulo de atrito cortina-solo (d) na frente da cortina dever ser devidamente ponderado; - por segurança, é preferível desprezar o atrito solo-cortina mobilizado na frente da escavação (δ par =0). 26

27 Dimensionamento da profundidade enterrada da cortina: - o equilíbrio de momentos em relação ao ponto de aplicação de R d determina a distância d desse ponto à base da escavação; - o equilíbrio de forças na horizontais permite, conhecido o valor de d, o cálculo de Rd. - para mobilizar o contra-impulso passivo, a altura enterrada d da cortina é em geral do lado da segurança aumentada de 20% (d=1,2 x d ) - deve ser confirmado se de facto é possível que Rd seja mobilizada entre d e 1,2d, comparando o valor da força calculada com as diferenças de impulsos que se estabelecem dos 2 lados; Introdução da Segurança: - dividir impulso passivo na frente da cortina por coeficiente de segurança F p, (1,5-2,0) - aplicar ao momento máximo um coeficiente de majoração de 1,35 para o dimensionamento estrutural da cortina. Nota- EC7=> coef. parciais de segurança (solo, etc) 27

28 Resumo do método: γ, φ', δ h - ΣMP = 0 d' - ΣFx = 0 Rd - Comp. Mmax - d = 1,2d' - Md = 1,35 Mmax d d' Iph/Fp Iah 0,2 d' P Rd Exercício: determine a profundidade enterrada da cortina D, para que haja segurança, e calcule o momento máximo que a cortina tem de suportar 3,0 m N.F. N.F. 3,0 m Areia γ γ d sat = 17,3 kn / m = 19,3 kn / m φ = 30º 3 3 D =? (m) 28