Análise da capacidade de suporte horizontal de uma estaca isolada

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1 Manual de engenharia No. 16 Atualização: 04/016 Análise da capacidade de suporte horizontal de ua estaca isolada Prograa: Arquivo: Estaca Deo_anual_16.gpi O objetivo deste anual de engenharia é explicar coo utilizar o prograa GEO5 Estaca para a análise da capacidade de suporte horizontal de ua estaca isolada. Definição do problea A definição geral do problea está descrita no capítulo 1. Fundações por estacas - introdução. Realize a análise da capacidade de suporte horizontal de ua estaca isolada, coo continuação do problea do capítulo 1. Análise da capacidade de suporte vertical de ua estaca isolada. As coponentes resultantes do carregaento N 1, M y,1, H x, 1 atua ao nível da cabeça da estaca. Calcule as diensões da estaca de acordo co a Nora EN Esquea de definição do problea estaca isolada Análise Para resolver este problea, vaos utilizar o prograa GEO5 Estaca. No texto abaixo vaos descrever coo resolver este problea passo-a-passo. 1

2 A estaca carregada horizontalente é analisada através do Método dos Eleentos Finitos, coo ua viga assente nu eio elástico de Winler (Subsolo elástico étodo p-y). Os parâetros dos solos ao longo da extensão da estaca são caracterizados pelo ódulo de reação horizontal do subsolo. O prograa conté outras possibilidades para deterinar o ódulo de reação do subsolo. Os étodos lineares (Linear, Matloc e Reese) são adequados para solos não coesivos, enquanto que os étodos constantes (Constante, Vesic) são ais adequados para solos coesivos. O étodo de cálculo do ódulo h, de acordo co CSN , é válido para abos os étodos. Na prieira parte deste capítulo, vaos realizar a análise utilizando o ódulo de reação do subsolo constante; na segunda parte, vaos coparar as diferenças verificadas para a utilização de outros étodos. Nota: Para a análise da capacidade de suporte vertical de ua estaca e solo hoogéneo, tabé é possível utilizar o étodo de Bros (ais detalhes na Ajuda F1). Configurações da análise Definições específicas As configurações gerais da análise, valores definidos para as cargas e o perfil geológico, incluindo os parâetros relacionados co a resistência dos solos, continua iguais.

3 Na janela Módulo h, vaos selecionar a opção constante. Janela Módulo h Nota: O ódulo de reação horizontal do subsolo constante depende do ódulo de deforação do solo E def MPa e da largura reduzida da estaca r (ais detalhes na Ajuda F1). Seguidaente, nos parâetros dos solos, é necessário definir o valor do ângulo de ef dispersão, dentro do intervalo ef. Este coeficiente depende do ângulo de atrito 4 interno do solo (ais detalhes na Ajuda F1). Solo (Classificação do solo) Peso volúico N Ângulo de atrito interno ef Ângulo de dispersão Tipo de solo CS Argila arenosa, consistência fire S-F Areia co partículas finas, solo ediaente denso Coesivo Não coesivo Tabela co os parâetros do solo Capacidade de suporte horizontal de ua estaca isolada Na janela Material, vaos definir as características da estaca peso volúico da estrutura, tipo de concreto utilizado e de aradura longitudinal, para o diensionaento do furo da estaca.

4 Janela Material Agora, passaos à janela Capacidade horizontal, onde é deterinado o valor da deforação áxia na cabeça da estaca, as forças internas ao longo da estaca e os resultados do diensionaento do pilar para a avaliação da aradura na direção co efeito áxio. Janela Capacidade horizontal Avaliação do ódulo h constante Nota: A condição de fronteira de ua estaca fixada na base é odelada para os casos e que a extreidade da estaca está assente e aciços duros (não é o caso). As condições de fronteira na cabeça da estaca são aplicadas quando a carga de deforação é utilizada, onde apenas são definidas 4

5 a rotação angular e a deforação na cabeça da estaca, se definir a carga (ais detalhes na Ajuda F1). Nesta janela, vaos realizar o diensionaento da aradura da estaca. Vaos diensionar a aradura longitudinal estrutural 18 barras Ø 16 e o concreto ínio de recobriento 60, correspondente à exposição abiental XC1. Neste caso vaos considerar u rácio de aradura para a estaca carregada horizontalente de acosto co CSN EN 156: Execution of special geotechnical wors - Bored piles (Table 4 Miniu reinforceent of bored piles). Esta opção é definida na secção Estaca do prograa. Área da secção transversal da estaca: A c Área da aradura longitudinal: A s 0.5 % A A c 0.5 s c 0.5 Ac 1.0 A A s A 0.5 % A A c 1.0 s c EN 156: Table 4 Miniu reinforceent of bored piles Nota: Para eleentos copriidos, é ais adequado utilizar o rácio de aradura coo se fosse para u pilar, enquanto que ua viga é elhor para estacas sujeitas à flexão. Para ua cobinação de cargas verticais e horizontais, a Nora CSN EN 156 define que o rácio de aradura ínio para estacas escavadas corresponde à proporção entre a área de aradura da secção e a área de concreto (ais detalhes e Ajuda F1). Nos resultados do diensionaento da estaca, é possível observar a secção transversal da estaca sujeita à flexão e a condição para o rácio de aradura ínia. 5

6 Caixa de diálogo Verificação Resultados da análise Na análise de ua estaca isolada carregada horizontalente, interessa conhecer a distribuição das forças internas ao longo da estaca, as deforações áxias e a utilização da secção transversal da estaca. Para u ódulo de reação do subsolo constante h, os resultados são os seguintes: Deforação áxia da estaca: u 4. ax Força de cisalhaento áxia: Q 85. ax 0 N Moento fletor áxio: M 10. ax 0 N Capacidade de carga da estaca (flexão + copressão): 16. % SATISFAZ Capacidade de carga da estaca (cisalhaento): 0. % SATISFAZ Rácio de aradura da estaca: 77.5 % SATISFAZ 6

7 Coparação entre resultados de vários étodos de deterinação do ódulo de reação do subsolo O ódulo de reação horizontal do subsolo parâetros do solo introduzidos: h varia consoante o étodo de análise utilizado e os CONSTANTE: ângulo de dispersão LINEAR (Bowles): ângulo de dispersão coeficiente MN de acordo co o tipo de solo De acordo co CSN : solo coesivo ou não coesivo ódulo de copressibilidade horizontal n h MN De acordo co VESIC: ódulo de elasticidade E MPa Para esta análise, vaos introduzir os valores co recurso à Ajuda (F1), da fora seguinte: Módulo de reação do MN subsolo h Ângulo de dispersão Coeficiente MN Módulo de elasticidade E MPa Módulo de copressibilidade horizontal n h MN CONSTANTE 10 CS 15 S-F LINEAR (Bowles) 10 CS 60 CS 15 S-F 150 S-F CSN Solo coesivo CS, consistência fire --- Solo não coesivo S-F, ediaente denso 4.5 VESIC CS 15.5 S-F --- Tabela co suário dos parâetros do solo para a capacidade de suporte horizontal de ua estaca isolada 7

8 Agora, vaos voltar às configurações; vaos alterar o étodo de cálculo do ódulo de reação do subsolo e adicionar os parâetros do solo e falta. Vaos realizar este procediento para os étodos seguintes: linear (segundo Bowles), de acordo co CSN , de acordo co Vesic. Módulo de reação horizontal do subsolo h linear, deforação e forças internas 8

9 Módulo de reação horizontal do subsolo h de acordo co CSN , deforação e forças internas Módulo de reação horizontal do subsolo h de acordo co Vesic, deforação e forças internas 9

10 Resultados da análise da capacidade de suporte horizontal de ua estaca isolada: Os resultados da análise da capacidade de suporte horizontal de ua estaca isolada, para cada étodo utilizado para calcular o ódulo de reação horizontal do subsolo tabela seguinte: h, são apresentados na Módulo de reação do MN subsolo h Deslocaento áxio da estaca u ax Moento fletor áxio M ax N Capacidade de suporte da estaca % CONSTANTE LINEAR (Bowles) CSN VESIC Suário dos resultados Capacidade de suporte horizontal e diensionaento de ua estaca isolada Conclusão A partir dos resultados da análise, é possível verificar que as forças internas ao longo da estaca e as deforações áxias na cabeça da estaca difere ligeiraente, as a influência do étodo para calcular o ódulo de reação horizontal do subsolo não é crucial. 10