Bases do Projecto Geotécnico Eurocódigo 7

Transcrição

1 DFA em Engenharia de Estruturas Fundações de Estruturas Bases do Projecto Geotécnico Eurocódigo 7 Jaime A. Santos (IST)

2 Requisitos fundamentais Uma estrutura deve ser projectada e executada de forma tal que suporte todas as acções e influências susceptíveis de ocorrer durante a execução e a utilização (requisito de resistência estrutural); e permaneça apta para a utilização requerida (requisito de funcionalidade) durante todo o seu período de vida útil (requisito de durabilidade), com adequado grau de fiabilidade e de modo económico

3 Estados limites São estados para além dos quais a estrutura deixa de cumprir algum dos requisitos básicos Estados limites últimos: associados a diversas formas de colapso estrutural, dizendo por isso respeito à segurança das pessoas e da estrutura; Estados limites de utilização: associados ao incumprimento de requisitos de serviço, relativos ao funcionamento corrente, ao conforto das pessoas ou à aparência arquitectónica

4 Situações de projecto Conjuntos de condições físicas representativas das condições que se prevê que venham a ocorrer durante um certo período de tempo Persistentes (período de tempo da mesma ordem do tempo de vida útil); Transitórias (período de tempo muito inferior ao t.v.u.; com probabilidade elevada de ocorrência) Acidentais (condições excepcionais tais como impacto, incêndio, explosão, etc.) Sísmicas

5 Variáveis básicas Acções (conjuntos de forças ou de deslocamentos aplicados à estrutura) Propriedades dos materiais Dados geométricos Todas são variáveis aleatórias dependentes do tempo

6 Método dos coeficientes parciais Critério: para qualquer situação de projecto nenhum estado limite deve ser excedido quando são utilizados valores de cálculo das variáveis básicas nos modelos estruturais Os valores de cálculo das acções e das propriedades dos materiais são obtidos dos valores característicos mediante a aplicação de coeficientes de segurança parciais

7 Método dos coeficientes parciais E R E k R k

8 Situações de projecto (EC 7) No projecto geotécnico a especificação das situações de projecto deve ter em conta uma grande diversidade de aspectos de natureza geológica, geotécnica, ambiental, etc., com implicações, designadamente, nas acções, nas propriedades dos materiais e nas grandezas geométricas

9 Situações de projecto (EC 7) Alguns exemplos desses aspectos: Variações dos níveis da água do terreno Efeitos de infraescavação, de erosão ou de escavação Movimentos de subsidência devidos a actividade mineira Efeitos de meteorização ou de congelação

10 Dimensionamento por cálculo Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação

11 Dimensionamento por cálculo 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.

12 Dimensionamento por cálculo 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

13 Dimensionamento por cálculo 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

14 Dimensionamento por cálculo O valor de cálculo de uma acção (F d ) é determinado através de F d = γ F F rep F rep valor representativo F rep = Ψ F k Ψ coeficiente com valores dados no EC0

15 Dimensionamento por cálculo γ F coeficiente parcial para as acções O valor deste coeficiente deve ter em conta a possibilidade de a acção ter um valor superior ao valor característico as incertezas na modelação do comportamento (efeitos das acções) e na modelação das próprias acções

16 Dimensionamento por cálculo Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação

17 Dimensionamento por cálculo 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

18 Dimensionamento por cálculo 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

19 Dimensionamento por cálculo Exemplo de motivos das diferenças Efeitos do tempo (exemplo: resistência não drenada obtida com ensaio de corte rotativo no projecto de aterros sobre solos moles) Efeitos de escala (estrutura do terreno) Efeitos de amolecimento

20 Dimensionamento por cálculo A escolha dos valores característicos dos parâmetros deve 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

21 Dimensionamento por cálculo 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).

22 Dimensionamento por cálculo 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 %. Os valores característicos de um parâmetro geotécnico podem ser valores inferiores (o mais frequente) ou superiores.

23 O valor de cálculo de um parâmetro geotécnico (X d ) é determinado através de X d = X k /γ M Dimensionamento por cálculo X k valor característico γ M coeficiente de segurança parcial ou avaliado directamente

24 Dimensionamento por cálculo Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação

25 Dimensionamento por cálculo 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

26 Dimensionamento por cálculo 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

27 Dimensionamento por cálculo Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação

28 Dimensionamento por cálculo 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

29 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

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

31 Estados limites últimos Coeficientes parciais propriedades (EC 7) EQU M1 STR/GEO 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 1,40 1,00 1, γ γ 1,00 1,00 1,00 1,00 ---

32 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.

33 ELU STR/GEO Critério: E d R d E d valor de cálculo dos efeitos das acções R d valor de cálculo da resistência

34 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

35 ELU STR/GEO Na determinação de R d podem ser aplicados coeficientes parciais aos parâmetros (g M ), às resistências (g R ) ou a ambos: R d = R{γ F F rep ; X k /γ M ; a d }/γ R R d pode depender de γ F F rep quando o terreno é atrítico

36 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 AC 2 AC 3

37 ELU - STR/GEO AC 1 Geral (excepto estacas carregadas axialmente e ancoragens) combinação 1 A1 + M1 + R1 combinação 2 A2 + M2 + R1

38 ELU - STR/GEO AC 1 Estacas carregadas axialmente e ancoragens combinação 1 A1 + M1 + R1 combinação 2 A1 + (M1 ou M2) + R4

39 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 --- γ F A1 A1 A2 A2 A1 = 1 A2 = 1 R d γ M M1 M1 M2 M1 M1 M1 M2 γ R R1=1 R1>1 R1=1 R4>1 R2>1 R2>1 R3=1** * A2 para estabilidade de taludes e estabilidade global ** R3 > 1 para estacas à tracção

40 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

41 Dimensionamento por cálculo Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação

42 ELUt 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

43 Dimensionamento por cálculo Generalidades Acções Propriedades do terreno Dados geométricos Estados limites últimos Estados limites de utilização Valores limite para os movimentos da fundação

44 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

45 Valores limite dos movimentos 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.