bases do projecto geotécnico eurocódigo 7jaime/ec7.pdfcritério: para qualquer situação de...

Fundações de Estruturas

Jaime A. Santos (IST)

DFA em Engenharia de Estruturas

Bases do Projecto GeotécnicoEurocódigo 7

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

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

Situações de projectoConjuntos 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

Variáveis básicas

• Acções (conjuntos de forças ou de deslocamentos aplicados à estrutura)

• Propriedades dos materiais

• Dados geométricos

Todas são variáveis aleatórias dependentes do tempo

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 característicosmediante a aplicação de coeficientes de segurança parciais

Método dos coeficientes parciais

E

R

Ek Rk

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

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

Dimensionamento por cálculo

• Generalidades• Acções• Propriedades do terreno• Dados geométricos• Estados limites últimos• Estados limites de utilização• Valores limite para os movimentos da fundação

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


De acordo com o EC0, as acções (F) são classificadas em

• acções permanentes (G)

• acções variáveis (Q)

• acções de acidente (A)

Os valores característicos Fk das acções são obtidos de acordo com o EC0 e com o EC1


O valor de cálculo de uma acção (Fd) é determinado através de

Fd = γF Frep

Frep – valor representativo

Frep = Ψ Fk

Ψ – coeficiente com valores dados no EC0


γF – 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


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


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 no projecto de aterros sobre solos moles)

• Efeitos de escala (estrutura do terreno)

• Efeitos de amolecimento


A escolha dos valores característicos dos parâmetros deve basear-se em resultados e em valores deduzidosde 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).


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.


O valor de cálculo de um parâmetro geotécnico (Xd) édeterminado através de

Xd = Xk/γM

Xk – valor característico

γM – coeficiente de segurança parcial

ou avaliado directamente


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


Dados geométricos

Valores característicos: são valores, superiores ou inferiores, medidos, nominais ou estimados

Valores de cálculo:

• Normalmente são iguais aos característicos

• Quando se justifique: ad = anom ± ∆a


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


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

Estados limites últimosCoeficientes parciais - acções

EC 7EC 0/EC 7

HYDUPLSTR/GEO

EQU

1,501,501,301,501,50γQ

0,900,901,001,000,90γG;inf

1,351,001,001,351,10γG;sup

γF

(γE)

A2A1

Estados limites últimosCoeficientes parciais – propriedades (EC 7)

------1,401,001,40γqu

---1,401,401,001,40γcu

HYDUPLSTR/GEO

EQU

---1,001,001,001,00γγ

---1,251,251,001,25γc’

---1,251,251,001,25γφ’

γM

M2M1

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.

ELU STR/GEO

Critério: Ed ≤ Rd

Ed – valor de cálculo dos efeitos das acções

Rd – valor de cálculo da resistência

ELU - STR/GEO

Os coeficientes parciais para as acções podem ser aplicados às próprias acções (γF) ou aos seus efeitos (γE)

Ed = E{γF Frep ; Xk/γM ; ad}

Ed = γE E{Frep ; Xk/γM ; ad}

Ed depende de Xk/γM sempre que existam acções geotécnicas transmitidas pelo terreno

ELU STR/GEO

Na determinação de Rd podem ser aplicados coeficientes parciais aos parâmetros (gM), às resistências (gR) ou a ambos:

Rd = R{γF Frep ; Xk/γM ; ad}/γR

Rd pode depender de γF Frep quando o terreno é atrítico

ELU - STR/GEO

A aplicação das equações para a determinação de Ede de Rd é efectuada recorrendo a uma das seguintes três abordagens de cálculo

• AC 1 – combinação 1 e combinação 2

• AC 2

• AC 3

AC 1

Geral (excepto estacas carregadas axialmente e ancoragens)

combinação 1

A1 + M1 + R1

combinação 2

A2 + M2 + R1

ELU - STR/GEO

AC 1

Estacas carregadas axialmente e ancoragens

combinação 1

A1 + M1 + R1

combinação 2

A1 + (M1 ou M2) + R4

ELU - STR/GEO

R3=1**R2>1R2>1R4>1R1=1R1>1R1=1γR

M2M1M1M1M2M1M1γM

= 1A2= 1A1A2A2A1A1γF

Rd

---M2M1M1M2M2M1M1γM

A1*---A1---------------γE

---A2---A1A2A2A1A1γF

Ed

Acçõesestrut.

Acçõesgeotéc.Proc. 2Proc. 1Estacas

e ancor.GeralEstacase ancor.Geral

AC 3AC 2AC 1 - C 2AC 1 - C 1

* A2 para estabilidade de taludes e estabilidade global** R3 > 1 para estacas à tracção

Situações persistentes e transitórias – 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

ELU - STR/GEO

ELUt

Critério: Ed ≤ Cd

Ed – valor de cálculo dos efeitos das acções

Cd – valor de cálculo do valor limite dos efeitos das acções

Os coeficientes parciais para ELUt são normalmente todos unitários

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

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.

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