análise da capacidade de suporte horizontal de uma estaca ... ?· uma viga assente num meio...

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Manual de engenharia No. 16

Atualizao: 04/2016

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Anlise da capacidade de suporte horizontal de uma estaca isolada

Programa: Estaca

Arquivo: Demo_manual_16.gpi

O objetivo deste manual de engenharia explicar como utilizar o programa GEO5 Estaca para a

anlise da capacidade de suporte horizontal de uma estaca isolada.

Definio do problema

A definio geral do problema est descrita no captulo 12. Fundaes por estacas - introduo.

Realize a anlise da capacidade de suporte horizontal de uma estaca isolada, como continuao do

problema do captulo 13. Anlise da capacidade de suporte vertical de uma estaca isolada. As

componentes resultantes do carregamento 1,1,1 ,, xy HMN atuam ao nvel da cabea da estaca.

Calcule as dimenses da estaca de acordo com a Norma EN 1992-1.

Esquema de definio do problema estaca isolada

Anlise

Para resolver este problema, vamos utilizar o programa GEO5 Estaca. No texto abaixo vamos

descrever como resolver este problema passo-a-passo.

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A estaca carregada horizontalmente analisada atravs do Mtodo dos Elementos Finitos, como

uma viga assente num meio elstico de Winkler (Subsolo elstico mtodo p-y). Os parmetros dos

solos ao longo da extenso da estaca so caracterizados pelo mdulo de reao horizontal do

subsolo.

O programa contm outras possibilidades para determinar o mdulo de reao do subsolo. Os

mtodos lineares (Linear, Matlock e Reese) so adequados para solos no coesivos, enquanto que os

mtodos constantes (Constante, Vesic) so mais adequados para solos coesivos. O mtodo de clculo

do mdulo hk , de acordo com CSN 73 1004, vlido para ambos os mtodos.

Na primeira parte deste captulo, vamos realizar a anlise utilizando o mdulo de reao do

subsolo constante; na segunda parte, vamos comparar as diferenas verificadas para a utilizao de

outros mtodos.

Nota: Para a anlise da capacidade de suporte vertical de uma estaca em solo homogneo,

tambm possvel utilizar o mtodo de Broms (mais detalhes na Ajuda F1).

Configuraes da anlise

Definies especficas

As configuraes gerais da anlise, valores definidos para as cargas e o perfil geolgico, incluindo

os parmetros relacionados com a resistncia dos solos, continuam iguais.

http://www.finesoftware.eu/help/geo5/en/pile-horizontal-bearing-capacity-brom-s-method-01/

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Na janela Mdulo hk , vamos selecionar a opo constante.

Janela Mdulo hk

Nota: O mdulo de reao horizontal do subsolo constante depende do mdulo de deformao do

solo MPaEdef e da largura reduzida da estaca mr (mais detalhes na Ajuda F1).

Seguidamente, nos parmetros dos solos, necessrio definir o valor do ngulo de

disperso , dentro do intervalo efef

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. Este coeficiente depende do ngulo de atrito

interno do solo (mais detalhes na Ajuda F1).

Solo

(Classificao do solo)

Peso volmico

3mkN

ngulo de atrito

interno ef

ngulo de disperso

Tipo de solo

CS Argila arenosa, consistncia firme

18.5 24.5 10.0 Coesivo

S-F Areia com partculas finas, solo mediamente denso

17.5 29.5 15.0 No coesivo

Tabela com os parmetros do solo Capacidade de suporte horizontal de uma estaca isolada

Na janela Material, vamos definir as caractersticas da estaca peso volmico da estrutura, tipo

de concreto utilizado e de armadura longitudinal, para o dimensionamento do furo da estaca.

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Janela Material

Agora, passamos janela Capacidade horizontal, onde determinado o valor da deformao

mxima na cabea da estaca, as foras internas ao longo da estaca e os resultados do

dimensionamento do pilar para a avaliao da armadura na direo com efeito mximo.

Janela Capacidade horizontal Avaliao do mdulo hk constante

Nota: A condio de fronteira de uma estaca fixada na base modelada para os casos em que a

extremidade da estaca est assente em macios duros (no o caso). As condies de fronteira na

cabea da estaca so aplicadas quando a carga de deformao utilizada, onde apenas so definidas

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a rotao angular e a deformao na cabea da estaca, sem definir a carga (mais detalhes na Ajuda

F1).

Nesta janela, vamos realizar o dimensionamento da armadura da estaca. Vamos dimensionar a

armadura longitudinal estrutural 18 barras 16 mm e o concreto mnimo de recobrimento 60 mm,

correspondente exposio ambiental XC1.

Neste caso vamos considerar um rcio de armadura para a estaca carregada horizontalmente de

acosto com CSN EN 1536: Execution of special geotechnical works - Bored piles (Table 4 Minimum

reinforcement of bored piles). Esta opo definida na seco Estaca do programa.

rea da seco transversal da

estaca: 2mAc rea da armadura longitudinal:

2mAs

25.0 mAc cs AA %5.0

22 0.15.0 mAm c 20025.0 mAs

20.1 mAc cs AA %25.0

EN 1536: Table 4 Minimum reinforcement of bored piles

Nota: Para elementos comprimidos, mais adequado utilizar o rcio de armadura como se fosse

para um pilar, enquanto que uma viga melhor para estacas sujeitas flexo. Para uma

combinao de cargas verticais e horizontais, a Norma CSN EN 1536 define que o rcio de armadura

mnimo para estacas escavadas corresponde proporo entre a rea de armadura da seco e a

rea de concreto (mais detalhes em Ajuda F1).

Nos resultados do dimensionamento da estaca, possvel observar a seco transversal da estaca

sujeita flexo e a condio para o rcio de armadura mnima.

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Caixa de dilogo Verificao

Resultados da anlise

Na anlise de uma estaca isolada carregada horizontalmente, interessa conhecer a distribuio

das foras internas ao longo da estaca, as deformaes mximas e a utilizao da seco transversal

da estaca. Para um mdulo de reao do subsolo constante hk , os resultados so os seguintes:

Deformao mxima da estaca: mmu 2.4max

Fora de cisalhamento mxima: kNQ 0.85max

Momento fletor mximo: kNmM 0.120max

Capacidade de carga da estaca (flexo + compresso): %3.16

SATISFAZ

Capacidade de carga da estaca (cisalhamento): %2.20 SATISFAZ

Rcio de armadura da estaca: %5.77 SATISFAZ

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Comparao entre resultados de vrios mtodos de determinao do mdulo de reao do

subsolo

O mdulo de reao horizontal do subsolo hk varia consoante o mtodo de anlise utilizado e os

parmetros do solo introduzidos:

CONSTANTE: ngulo de disperso

LINEAR (Bowles): ngulo de disperso

coeficiente 3mMNk de acordo com o tipo de solo

De acordo com CSN 73 1004: solo coesivo ou no coesivo

mdulo de compressibilidade horizontal 3mMNnh

De acordo com VESIC: mdulo de elasticidade MPaE

Para esta anlise, vamos introduzir os valores com recurso Ajuda (F1), da forma seguinte:

Mdulo de reao do

subsolo 3mMNkh

ngulo de disperso

Coeficiente

3mMNk

Mdulo de elasticidade

MPaE

Mdulo de compressibilidade

horizontal

3mMNnh

CONSTANTE 10 CS

--- --- --- 15 S-F

LINEAR (Bowles) 10 CS 60 CS

--- --- 15 S-F 150 S-F

CSN 73 1004 Solo coesivo CS, consistncia firme ---

Solo no coesivo S-F, mediamente denso 4.5

VESIC --- --- 5.0 CS

--- 15.5 S-F

Tabela com sumrio dos parmetros do solo para a capacidade de suporte horizontal de uma

estaca isolada

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Agora, vamos voltar s configuraes; vamos alterar o mtodo de clculo do mdulo de reao do

subsolo e adicionar os parmetros do solo em falta. Vamos realizar este procedimento para os

mtodos seguintes:

linear (segundo Bowles),

de acordo com CSN 73 1004,

de acordo com Vesic.

Mdulo de reao horizontal do subsolo hk linear, deformao e foras internas

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Mdulo de reao horizontal do subsolo hk de acordo com CSN 73 1004, deformao e foras

internas

Mdulo de reao horizontal do subsolo hk de acordo com Vesic, deformao e foras internas

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Resultados da anlise da capacidade de suporte horizontal de uma estaca isolada:

Os resultados da anlise da capacidade de suporte horizontal de uma estaca isolada, para cada

mtodo utilizado para calcular o mdulo de reao horizontal do subsolo hk , so apresentados na

tabela seguinte:

Mdulo de reao do

subsolo 3mMNkh

Deslocamento mximo da estaca

mmumax

Momento fletor mximo

kNmMmax

Capacidade de suporte da

estaca %

CONSTANTE 4.2 120.0 16.3

LINEAR (Bowles) 6.4 173.53 18.1

CSN 73 1004 5.6 149.91 17.3

VESIC 9.3 120.0 16.3

Sumrio dos resultados Capacidade de suporte horizontal e dimensionamento de uma estaca

isolada

Concluso

A partir dos resultados da anlise, possvel verificar que as foras internas ao longo da estaca e

as deformaes mximas na cabea da estaca diferem ligeiramente, mas a influncia do mtodo para

calcular o mdulo de reao horizontal do subsolo no crucial.