Obra Obr s Geotécnicas Geotécnicas Eurocódigo 7 Projecto Geotécnico Jaime A. Santos

Transcrição

1 Obras Geotécnicas Eurocódigo 7 Projecto Geotécnico Jaime A. Santos

2 Eurocódigos estruturais: (Normas relativas ao projecto estrutural e geotécnico de edifícios e obras de Engenharia Civil) Eurocódigo 1 Bases de projecto e acções em estruturas Eurocódigo 2 Projecto de estruturas de betão Eurocódigo 3 Projecto de estruturas de aço Eurocódigo 4 Projecto de estruturas t de mistas aço-betão Eurocódigo 5 Projecto de estruturas de madeira Eurocódigo 6 Projecto de estruturas de alvenaria Eurocódigo 7 Projecto geotécnico (EN :2004) Eurocódigo 8 Disposições para projecto de estruturas sismo-resistentes Eurocódigo 9 Projecto de estruturas de alumínio Eurocódigo 7 1

3 Parte 1 do EC7 Parte 1 Regras gerais Parte 2 Ground Investigation & Testing Estado limite Categoria geotécnica Coeficiente i parcial Valor característico Parâmetros Que tipo de ensaio? Valores derivados das propriedades d do terreno (parâmetros) através de correlações ou por medição directa Ensaios de campo Ensaios de laboratório Requisitos essenciais Parte 2 Eurocódigo 7 2

4 Eurocódigo 7: Projecto geotécnico Fundações superficiais Fundações em estacas Estruturas de suporte Aterros e taludes Particular atenção à Caracterização Geotécnica Supervisão da construção, observação e manutenção Rebaixamentos e melhoramentos do terreno Eurocódigo 7 3

5 Eurocódigo 7: Projecto geotécnico Princípios e Regras de Aplicação Os Princípios englobam: disposições gerais e definições que não admitem alternativa; requisitos e modelos analíticos para os quais não se admitem alternativas excepto quando expressamente indicadas. Os princípios são precedidos da letra P. As Regras de Aplicação são exemplos de métodos e procedimentos reconhecidos como adequados. É permitido usar regras alternativas às Regras de Aplicação desde que se demonstre que as regras alternativas estejam de acordo com os Pi Princípios i aplicáveis. i Eurocódigo 7 4

6 Anexos Nacionais: Nos Eurocódigos foram atribuídos valores indicativos a determinados parâmetros relativos à segurança, valores esses que são identificados por [ ]. As autoridades de cada país membro deverão indicar no Anexo Nacional os valores definitivos iti para esses parâmetros. Eurocódigo 7 5

7 Requisitos fundamentais para o projecto de estruturas geotécnicas Factores a ter em consideração no estabelecimento dos requisitos (função das Categorias Geotécnicas): Natureza e dimensão da estrutura e dos seus elementos; Condições relativas à vizinhança; Condições do terreno; Condições de ocorrência da água no terreno; Sismicidade regional; Influência do ambiente (hidrologia, águas superficiais, subsidência, variações sazonais do teor em água do terreno) Situações de projecto Durabilidade Eurocódigo 7 6

8 Os Requisitos do Projecto Geotécnico são estabelecidos em função das Categorias geotécnicas: Categoria geotécnica 1: Et Estruturast pequenas e relativamente t simples Categoria geotécnica 2: Tipos convencionais de estruturas e fundações Categoria geotécnica 3: Estruturas de grande dimensão ou pouco comuns Eurocódigo 7 7

9 Categoria geotécnica 1 Estruturas pequenas e relativamente simples: para as quais se possa assegurar que são satisfeitos os requisitos fundamentais apenas com base na experiência e em estudos de caracterização geotécnica de natureza qualitativa; ti com riscos desprezáveis para bens e vidas; existir experiência comparável que comprove que as condições do terreno são suficientemente simples para que seja possível usar métodos de rotina no projecto. Exemplos (ENV :1994): edificações simples de 1 e 2 andares; carga máxima de cálculo de 250kN nos pilares e 100kN/m nas paredes; tipos habituais de sapatas e estacas; muros de suporte de terras e contenções para desníveis até 2m; pequenas escavações para trabalhos de drenagem, tubagens... Eurocódigo 7 8

10 Categoria geotécnica 2 Tipos convencionais de estruturas e fundações que não envolvam riscos fora do comum ou condições do terreno e de carregamento invulgares ou particularmente difíceis. Requer a quantificação e análise dos dados geotécnicos e uma análise quantitativa que assegurem que são satisfeitos os requisitos fundamentais; podem ser usados procedimentos de rotina nos ensaios de campo e laboratório, bem como na elaboração do projecto e na execução. Exemplos: fundações superficiais, ensoleiramentos e fundações em estacas; muros, estruturas de contenção e escavações; pilares e encontros de pontes; aterros e movimentos de terras; ancoragens; túneis em rocha resistente e não fracturada. Eurocódigo 7 9

11 Categoria geotécnica 3 Estruturas não abrangidas pelas categorias geotécnicas 1 e 2: estruturas de grande dimensão ou pouco comuns; riscosforado comum; condições do terreno e de carregamento invulgares e estruturas em áreas de sismicidade elevada. Deve verificar-se que não é excedido nenhum estado limite relevante através de: uso de cálculos; adopção de medidas prescritivas; uso de modelos experimentais e ensaios de carga; uso de um método observacional. Estas metodologias podem ser empregues de forma combinada. Eurocódigo 7 10

12 Dimensionamento Geotécnico Com base no cálculo Por medidas prescritivas Uso de ensaios de carga e ensaios em modelo experimental Método observacional Relatório geotécnico Caracterização Geotécnica Estudos preliminares Estudos para o dimensionamento Determinação dos parâmetros geotécnicos Relatório de caracterização geotécnica Eurocódigo 7 11

13 Estados limites Definição: São estados para além dos quais a estrutura não satisfaz os requisitos de desempenho de projecto Estados limitesit de utilização(elut): São estados para além dos quais a estrutura não satisfaz os requisitos de funcionalidade especificados para a estrutura Estados limites últimos (ELU): São estados limites associados à rotura ou colapso estrutural Eurocódigo 7 12

14 Dimensionamento i por cálculo l Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação Eurocódigo 7 13

15 Dimensionamento i por cálculo l Acções geotécnicas São acções transmitidas à estrutura pelo terreno (incluindo aterros), água do terreno ou água livre Podem ser forças (p.e. impulsos de terras) ou deslocamentos (p.e. assentamentos diferenciais) impostos. Devem ser objecto de especial atenção as acções repetidas ou de intensidade variável, pelas eventuais implicações na degradação das propriedades do terreno as acções (forças) transmitidas pela água do terreno ou por água livre Eurocódigo 7 14

16 Dimensionamento i por cálculo l De acordo com o EC0, as acções (F) são classificadas em: acções permanentes (G) acções variáveis (Q) acções de acidente (A) Os valores característicos F k das acções são obtidos de acordo com o EC0 e com o EC1 Eurocódigo 7 15

17 Dimensionamento i por cálculo l O valor de cálculo de uma acção (F d ) é determinado através de F d = γ F F rep em que F rep valor representativo F rep = Ψ F k em que F k valor característico Ψ coeficiente com valores dados no EC0 γ F coeficiente parcial para as acções O valor deste coeficiente deve ter em conta: a possibilidade da acção ter um valor superior ao valor característico as incertezas na modelação do comportamento (efeitos das acções) e na modelação das próprias acções Eurocódigo 7 16

18 Generalidades Dimensionamento i por cálculo l Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação Propriedades do terreno São quantificadas por meio de parâmetros geotécnicos (ex. c e φ ) Devem ser obtidas de resultados de ensaios de campo ou laboratoriais, quer directamente quer recorrendo a teorias, a correlações ou a formulações empíricas Eurocódigo 7 17

19 Dimensionamento i por cálculo l Por vezes os valores dos parâmetros geotécnicos obtidos directamente ou deduzidos de resultados de ensaios são diferentes dos que correspondem ao real comportamento da obra, havendo então lugar à aplicação de um coeficiente de calibração/conversão Exemplo de motivos das diferenças Efeitos do tempo (exemplo: resistência não drenada obtida com ensaio de corte rotativo ti no projecto de aterros sobre solos moles) Efeitos de escala (estrutura do terreno) Efeitos de amolecimento Eurocódigo 7 18

20 Dimensionamento i por cálculo l A escolha dos valores característicos ac cos dos parâmetros deve e basear-se em resultados e em valores deduzidos de resultados de ensaios, complementados por experiência O valor característico deve ser escolhido como uma estimativa cautelosa do parâmetro condicionante da ocorrência do estado limite em análise O parâmetro condicionante é muitas vezes a média espacial do parâmetro pontual. Nesse caso, o valor característico depende da extensão da zona de terreno que condiciona o comportamento da obra na situação de projecto e no estado limite em análise (não é intrínseco). Eurocódigo 7 19

21 Dimensionamento i por cálculo l Se se utilizarem métodos estatísticos o valor característico de um parâmetro corresponde ao valor do parâmetro condicionante para o qual a probabilidade de ocorrer um valor mais desfavorável não exceda 5 %. Para ter uma ideia quantitativa do que significa um valor característico da resistência de um solo, tem-se que, no caso da distribuição normal, a resistência característica é igual à resistência média menos 1,645 vezes o desvio padrão da resistência. Eurocódigo 7 20

22 Dimensionamento i por cálculo l O valor de cálculo de um parâmetro geotécnico (X d ) é determinado através de: X d = X k /γ M X k valor característico γ M coeficiente de segurança parcial ou avaliado directamente Eurocódigo 7 21

23 Dimensionamento i por cálculo l Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação Eurocódigo 7 22

24 Dimensionamento i por cálculo l São dados geométricos, designadamente: o nível e a inclinação da superfície do terreno os níveis de água os níveis das interfaces entre estratos os níveis de escavação as dimensões da estrutura Eurocódigo 7 23

25 Dimensionamento i por cálculo l Dados geométricos Valores característicos: são valores, superiores ou inferiores, medidos, nominais ou estimados Valores de cálculo: Normalmente são iguais aos característicos Quando se justifique: a d = a nom ± a Eurocódigo 7 24

26 Dimensionamento i por cálculo l Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação Eurocódigo 7 25

27 Dimensionamento i por cálculo l Estados limites últimos a considerar no projecto geotécnico perda de equilíbrio EQU rotura estrutural STR rotura do terreno GEO perda de equilíbrio por impulsão UPL rotura hidráulica do terreno HYD Eurocódigo 7 26

28 ELU - EQU O equilíbrio é equacionado considerando a estrutura ou o terreno como corpos rígidos. As propriedades de resistência dos materiais estruturais e do terreno não contribuem de forma significativa para o equilíbrio. Exemplo: derrubamento de uma estrutura de suporte fundada em rocha. Critério: E dst;d E stb;d + T d Eurocódigo 7 27

29 Estados limites it últimos Coeficientes parciais - acções EC0/EC7 EC7 EQU STR/GEO A1 A2 UPL HYD γ F (γ E ) γ G;sup 1,10 1,35 1,00 1,00 1,35 γ G;inf 0,90 1,00 1,00 0,90 0,90 γ Q 1,50 1,50 1,30 1,50 1,50 Eurocódigo 7 28

30 Estados limites últimos Coeficientes parciais propriedades (EC7) EQU STR/GEO M1 M2 UPL HYD γ φ 1,25 1,00 1,25 1, γ c 1,25 1,00 1,25 1, γ M γ cu 1,40 1,00 1,40 1, γ qu 140 1, , , γ γ 1,00 1,00 1,00 1, Eurocódigo 7 29

31 ELU - STR/GEO São os estados limites mais comuns a considerar no projecto geotécnico As propriedades de resistência dos materiais estruturais e/ou do terreno condicionam a capacidade resistente STR rotura estrutural de sapatas, etc. GEO fundações, taludes, etc. Critério: E d R d E d valor de cálculo dos efeitos das acções R d valor de cálculo da resistência Eurocódigo 7 30

32 ELU - STR/GEO Os coeficientes parciais para as acções podem ser aplicados às próprias acções (γ F ) ou aos seus efeitos (γ E ): E d = E{γ F F rep ;X k /γ M ;a d } E d = γ E E{F rep ; X k /γ M ; a d } E d depende de X k /γ M sempre que existam acções geotécnicas transmitidas pelo terreno Na determinação de R d podem ser aplicados coeficientes i parciais i aos parâmetros (γ M ), às resistências (γ R ) ou a ambos: R d =R{γ F F rep ;X/γ k M ;a}/γ d R R d pode depender de γ F F rep quando o terreno é atrítico Eurocódigo 7 31

33 ELU - STR/GEO A aplicação das equações para a determinação de E d e de R d é efectuada recorrendo a uma das seguintes três abordagens de cálculo: AC 1 combinação 1 e combinação 2 AC2 AC3 Eurocódigo 7 32

34 AC1 (Abordagem de Cálculo 1) ELU - STR/GEO Geral (excepto estacas carregadas axialmente e ancoragens) combinação 1 combinação 2 A1 + M1 + R1 A2 + M2 + R1 Estacas carregadas axialmente e ancoragens combinação 1 combinação 2 A1 + M1 + R1 A1 + (M1 ou M2) + R4 Eurocódigo 7 33

35 Situações persistentes e transitórias ELU STR/GEO AC 1 - C 1 AC 1 - C 2 AC 2 AC 3 Geral Estacas e ancor. Geral Estacas e ancor. Proc. 1 Proc. 2 Acções geotéc. Acções estrut. γ F A1 A1 A2 A2 A1 --- A2 --- E d γ E A1 --- A1* γ M M1 M1 M2 M2 M1 M1 M2 --- R d γ F A1 A1 A2 A2 A1 = 1 A2 = 1 R d γ M M1 M1 M2 M1 M1 M1 M2 γ M γ R R1=1 R1>1 R1=1 R4>1 R2>1 R2>1 R3=1** * A2 para estabilidade d de taludes e estabilidade d global l ** R3 > 1 para estacas à tracção Eurocódigo 7 34

36 ELU - STR/GEO AC 2 combinação A1 + M1 + R2 AC 3 combinação (A1 ou A2) + M2 + R3 A2 para acções geotécnicas A1 para acções estruturais Eurocódigo 7 35

37 Dimensionamento i por cálculo l Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites it de utilização Valores limite para os movimentos da fundação Critério: E d C d E d valor de cálculo dos efeitos das acções C d valor de cálculo do valor limite dos efeitos das acções Os coeficientes parciais para ELUt são normalmente todos unitários Eurocódigo 7 36

38 Dimensionamento i por cálculo l Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação Eurocódigo 7 37

39 Valores limite dos movimentos No projecto de fundações devem ser estabelecidos valores limite para os movimentos em geral, e em particular para os movimentos diferenciais, que podem provocar estados limites na estrutura fundada A definição dos valores limite dos movimentos e deformações depende de: tipo de estrutura material estrutural tipo de fundação e de terreno modo de deformação utilização prevista para a estrutura, etc. Eurocódigo 7 38

40 Dimensionamento por medidas prescritivas Nas situações em que não se dispõe de modelos de cálculo ou em que a sua utilização não se justifique, os estados limites podem ser evitados através da utilização de medidas prescritivas. Estas medidas envolvem pormenores convencionais de projecto, geralmente conservativos, e têm em conta a especificação e o controlo dos materiais, a execução, a protecção e os procedimentos de manutenção. Eurocódigo 7 39

41 Justificação do dimensionamento com base em ensaios de carga e ensaios em modelos experimentais Na aplicação dos resultados dos ensaios para a justificação de um dimensionamento há que considerar os seguintes aspectos: diferenças entre as condições do terreno no ensaio e na obra; efeitos do tempo (duração do ensaio comparativamente com a duração do carregamento na obra; efeitos de escala (nível de tensões, dimensões das partículas...). Eurocódigo 7 40

42 Método observacional Dado que a previsão do comportamento t geotécnico ser muitas vezes difícil, pode ser apropriado adoptar o método observacional, o qual permite a adaptação do projecto durante a construção. Têm de ser satisfeitos, antes do início da construção, os quatro requisitos seguintes: estabelecer os limitesit de comportamento t aceitável; determinar a gama de variação dos comportamentos possíveis e demonstrar-sese que existe uma probabilidade aceitável de que o comportamento real se situe dentro dos limites admissíveis; elaborar o plano de observação; elaborar um plano de actuação a ser adoptado no caso de a observação revelar um comportamento fora dos limites aceitáveis. Eurocódigo 7 41

43 Estudos de caracterização geotécnica Categoria Geotécnica 1 Os estudos de caracterização geotécnica devem incluir uma inspecção visual do local da obra e também a execução de poços pouco profundos, ensaios de penetração ou furos com trado. Categorias Geotécnicas 2 e 3 Estudos preliminares Estudos para o dimensionamento Estudos de verificação das condições do terreno Estes estudos podem sobrepor-se. Eurocódigo 7 42

44 Estudos preliminares P Avaliar a adequabilidade do local de uma forma geral Comparar locais alternativos, quando tal for relevante Estimaroimpacte que a construção da obra possa causar Planear os estudos geotécnicos para o dimensionamento e para o controlo do comportamento Identificar zonas de empréstimo, quando tal for relevante Estudos para o dimensionamento P Obter a informação necessária para o dimensionamento Obter a informação necessária para a construção Identificar quaisquer dificuldades que possam surgir durante a construção Eurocódigo 7 43

45 Estudos para o dimensionamento P Identificar de modo fiável a disposição e as propriedades de todos os terrenos interessados pela estrutura projectada ou afectados pelos trabalhos propostos Os parâmetros do terreno susceptíveis de afectar a capacidade da estrutura para cumprir os seus requisitos de comportamento devem ser identificados antes do início do dimensionamento final O EC7 refere ainda um conjunto de princípios a ter em atenção para os estudos de caracterização geotécnica Eurocódigo 7 44

46 Aspectos de natureza geológica P Cavidades Degradação das rochas, solos ou materiais de aterro Efeitos hidrogeológicos Falhas, diaclases e outras superfícies de descontinuidade Solos ou maciços rochosos sujeitos a fenómenos de dilatância Solos e rochas expansíveis e colapsíveis Presença de resíduos ou materias manufacturados Reconhecimento e trabalhos de prospecção P Os estudos devem abranger pelo menos as formações que se considere relevantes para o projecto A distância entre os pontos de prospecção e ensaio, bem como a profundidade a atingir, devem ser escolhidas com base na informação sobre a geologia da área, as condições do terreno, as dimensões do local e o tipo de estrutura Eurocódigo 7 45

47 Reconhecimento e trabalhos de Prospecção Categoria Geotécnica 2 (ENV :1994): Obras que cobrem uma grande área: os pontos de prospecção podem ser dispostos segundo uma malha com distâncias entre 20 e 40m. Em terrenos uniformes os furos ou poços de sondagem podem ser parcialmente substituídos por ensaios de penetração ou sondagens geofísicas Sapatas isoladas ou contínuas profundidade das sondagens abaixo do nível previsto para a fundação entre 1 a 3 vezes a largura dos elementos da fundação Ensoleiramentos profundidade das sondagens superiores ou iguais à largura da fundação Eurocódigo 7 46

48 Reconhecimento e trabalhos de Prospecção Categoria Geotécnica 2 (ENV :1994): Obras de aterro identificar os estratos compressíveis susceptíveis de contribuir para o assentamento (Δs=10%); distância entre pontos de prospecção =100 a 200m. Fundações por estacas profundidade das sondagens abaixo da ponta das estacas - 5 vezes o diâmetro previsto. Para grupo de estacas profundidade deve ser maior que a largura de grupo, ao nível das respectivas pontas P Devem ser determinadas as pressões da água do terreno; identificar os níveis extremos de eventuais águas livres Devedeterminar-sealocalizaçãoeacapacidade de poços de drenagem ou de bombagem eventualmente existentes na vizinhança do local Eurocódigo 7 47

49 Reconhecimento e trabalhos de Prospecção Categoria Geotécnica 3: P A extensão dos estudos geotécnicos deve ser suficiente para que sejam pelo menos atingidos id os requisitos it das categorias geotécnicas inferiores i Devem ser realizados todos os estudos complementares de caracterização geotécnica de natureza mais especializada que se revelarem necessários Sempre que se recorra a ensaios especiais, os procedimentos de ensaio e os métodos de interpretação devem ser documentados, devendo além disso ser indicadas referências relativas aos ensaios Eurocódigo 7 48

50 Determinação dos parâmetros geotécnicos P Os parâmetros geotécnicos devem ser obtidos através de ensaios de campo e laboratoriais; a interpretação dos resultados deve ser feita de forma adequada ao estado limite em consideração. Muitos parâmetros não são constantes verdadeiras, já que dependem de factores tais como o nível de tensão, o modo de deformação, etc.. Informação publicada emcondições de terreno semelhantes Número de ensaios; variabilidade Experiência local e geral; correlações entre parâmetros Resultados de obras experimentais e/ou em obras reais Correlações entre os resultados de mais de um tipo de ensaios Eurocódigo 7 49

51 Determinação dos parâmetros geotécnicos Identificação dos geomateriais (solos e rochas) Peso volúmico (solos e rochas) Compacidade (solos incoerentes) Grau de Compactação (aterros) Resistência ao corte Rigidez dos solos Qualidade e propriedades de rochas e maciços rochosos... Eurocódigo 7 50

52 Determinação dos parâmetros geotécnicos Parâmetros de permeabilidade d e de consolidação Resistência à penetração estática (CPT) Número de pancadas (SPT) Resistência não drenada (ensaios de corte rotativo) Parâmetros pressiométricos Parâmetros dilatométricos Compactabilidade (aterros) Eurocódigo 7 51