fundaçoes estrutura de suporte, Exercícios de Engenharia Civil

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DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES

SUPERFICIAIS E PROFUNDAS DE ACORDO

COM OS EUROCÓDIGOS - APLICAÇÃO A UM

CASO DE ESTUDO

FERNANDO MANUEL DE CARVALHO MARTINHO

outubro de 2017

DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕESSUPERFICIAIS E PROFUNDAS DE ACORDOCOM OS EUROCÓDIGOS - APLICAÇÃO A UMCASO DE ESTUDO FERNANDO MANUEL DE CARVALHO MARTINHO Agosto de 2017

DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS E PROFUNDAS DE ACORDO COM OS EUROCÓDIGOS - APLICAÇÃO A UM CASO DE ESTUDO FERNANDO MANUEL DE CARVALHO MARTINHO Agosto de 2017

iii ÍNDICE GERAL Índice Geral .................................................................................................................................................. iii Resumo .......................................................................................................................................................... v Abstract ....................................................................................................................................................... vii Agradecimentos ........................................................................................................................................... ix Índice de Texto ............................................................................................................................................. xi Índice de Figuras......................................................................................................................................... xix Índice de Tabelas ..................................................................................................................................... xxvii Simbologia ...............................................................................................................................................xxxiii Abreviaturas ............................................................................................................................................. xlvii Introdução .............................................................................................................................. 1 Metodologias de Caraterização Geotécnica ........................................................................... 5 Caraterísticas Gerais das Fundações e Campos de Aplicação .............................................. 23 Problemas, Anomalias e Precauções Associados a Fundações ............................................ 42 Bases do Projeto Geotécnico ................................................................................................ 71 Considerações Gerais sobre Dimensionamento Geotécnico ............................................... 87 Métodos Analíticos para a Determinação da Capacidade Resistente ao Carregamento... 107 Dimensionamento de Fundações Superficiais.................................................................... 147 Dimensionamento de Ensoleiramento Geral ..................................................................... 167 Dimensionamento de Fundações Profundas .................................................................. 176 Interação Solo-Estrutura ................................................................................................. 193 Caraterização do Caso de Estudo .................................................................................... 199 Apresentação e Análise dos Resultados do Dimensionamento das Fundações ............. 208 Apreciações Conclusivas e Desenvolvimentos Futuros .................................................. 251

v RESUMO O presente projeto foi realizado no âmbito da unidade curricular dissertação/projeto/estágio (DIPRE) que decorreu no 2º semestre do 2º ano de mestrado, para a satisfação parcial dos requisitos do grau de mestre em Engenharia Civil no ramo de estruturas, concedido pelo Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Neste trabalho é apresentada uma revisão bibliográfica na qual são analisados os ensaios de campo utilizados, identificadas as principais anomalias associadas a fundações, descritos os métodos de dimensionamento e os princípios de cálculo da capacidade resistente do maciço terroso, assim como o tipo de interação que ocorre entre a estrutura e o maciço de fundação. É utilizado um programa de cálculo automático baseado no método dos elementos finitos (Robot Structural Analysis) para modelar a estrutura, o comportamento do solo e obter os esforços de dimensionamento. O dimensionamento de cada tipo de fundação foi efetuado com base nos dados dos ensaios de campo fornecidos (SPT, DPM), que permitiram a caraterização geológica e geotécnica do terreno de fundação e posterior obtenção dos parâmetros do solo através de correlações. Os parâmetros de cálculo e os critérios de dimensionamento aplicados baseiam-se essencialmente no conjunto de Eurocódigos atualmente disponíveis, que estão referenciados ao longo de todo este trabalho. Pontualmente em alguns casos concretos, recorreu-se a outra literatura especializada. No que respeita à análise de interação solo-estrutura é efetuado um estudo comparativo dos esforços atuantes em alguns elementos da estrutura, para as situações de sapatas com apoios rígidos e com apoios elásticos, simulando a diferente deformabilidade do solo. No final do trabalho são realizadas análises de sensibilidade com objetivo de verificar a influência de alguns parâmetros no comportamento das fundações, tais como, a variação da posição do nível freático, a variação do módulo de reação e a variação da espessura do ensoleiramento geral. Palavras-chave : fundação superficial; fundação profunda; ensoleiramento geral; interação solo-estrutura; capacidade resistente; anomalia.

ix AGRADECIMENTOS Sendo este trabalho o culminar da minha formação académica, gostaria de agradecer a todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para a concretização deste objetivo. A Deus por me ter dado saúde, capacidade e força para realizar este trabalho. A meus pais, mas em especial à minha querida mãe pelo imenso amor, carinho, dedicação e incentivo que sempre me tem dispensado ao longo da minha vida. Ao meu irmão pela sua amizade e apoio dado ao longo de todo o percurso académico. A todos os professores do Departamento de Engenharia Civil pela transmissão de conhecimentos e apoio ao longo do curso. Ao Instituto Superior de Engenharia do Porto pelas boas condições logísticas disponibilizadas. Aos meus amigos e colegas de curso pela agradável convivência, pelo incentivo que muitas vezes me deram para continuar, pela partilha de ideias e de conhecimentos. A todos os autores e investigadores, com o seu trabalho contribuíram para um melhor conhecimento do tema e para o desenvolvimento de todo este trabalho. Por fim, um obrigado a todos aqueles que embora não tenham sido acima mencionados, contribuíram para que este trabalho fosse realizado. A todos, o meu mais sincero Obrigado.

xi

ÍNDICE DE TEXTO

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ÍNDICE DE TEXTO

ÍNDICE DE TEXTO

 - Introdução ÍNDICE DE TEXTO 

• 1.1 Enquadramento
• 1.2 Objetivos
• 1.3 Descrição do Conteúdo e Sequência do Relatório......................................................................... - Metodologias de Caraterização Geotécnica
• 2.1 Aspetos Gerais
• 2.2 Ensaio Standard Penetration Test (SPT)
  • 2.2.1 Correções ao SPT
  • 2.2.2 Correlações para obtenção dos parâmetros do solo
• 2.3 Ensaio de Penetração Dinâmica (DP) - Caraterísticas Gerais das Fundações e Campos de Aplicação
• 3.1 Introdução....................................................................................................................................
• 3.2 Fundação Superficial ou Direta
• 3.3 Ensoleiramento Geral
• 3.4 Fundação Profunda ou Indireta
  • 3.4.1 Estacas cravadas
  • 3.4.2 Estacas moldadas..................................................................................................................
    • Problemas, Anomalias e Precauções Associados a Fundações
• 4.1 Introdução....................................................................................................................................
• 4.2 Fundações Superficiais ou Diretas
  • 4.2.1 Caraterização do comportamento do solo
  • 4.2.2 Análise e projeto de fundações
  • 4.2.3 Execução das fundações xii
  • 4.2.4 Ocorrências posteriores à conclusão das fundações
  • 4.2.5 Deterioração dos materiais que constituem as fundações
• 4.3 Principais Problemas Identificados por Logeais em Fundações Superficiais
  • 4.3.1 Fundações sobre aterros
  • 4.3.2 Infiltrações de água junto das fundações
  • 4.3.3 Fundações heterogéneas
  • 4.3.4 Edificações encostadas construídas em épocas diferentes
  • 4.3.5 Fundações sobre terrenos compressíveis.............................................................................
  • 4.3.6 Fundações implantadas a profundidade insuficiente...........................................................
• 4.4 Fundações Profundas ou Indiretas
  • 4.4.1 Caraterização do comportamento do solo
  • 4.4.2 Análise e projeto de fundações
  • 4.4.3 Execução das fundações
  • 4.4.4 Ocorrências posteriores à conclusão das fundações
    • Bases do Projeto Geotécnico
• 5.1 Fundações Superficiais ou Diretas
  • 5.1.1 Introdução
  • 5.1.2 Requisitos de projeto
  • 5.1. 3 Situações de projeto
  • 5.1.4 Estados limites
  • 5.1.5 Dimensionamento geotécnico com base no cálculo
  • 5.1.6 Estados limites últimos (ELU)................................................................................................
  • do terreno em situações persistentes ou transitórias 5.1.7 Verificação da capacidade resistente para estados limites de rotura estrutural ou de rotura
  • 5.1.8 Estados limites de utilização (ELUt)
• 5.2 Fundações Profundas ou Indiretas
  • do terreno em situações persistentes ou transitórias 5.2.1 Verificação da capacidade resistente para estados limites de rotura estrutural ou de rotura - Considerações Gerais sobre Dimensionamento Geotécnico
• 6.1 Disposições Gerais
  • 6.1.1 Fundações superficiais ou diretas
    • 6.1.1.1 Dimensionamento em relação aos estados limites últimos
    • 6.1.1.2 Dimensionamento em relação aos estados limites de utilização
  • 6.1.2 Fundações profundas ou indiretas
    • 6.1.2.1 Limitações dos métodos de dimensionamento
    • 6.1.2.2 Dimensionamento em relação aos estados limites
    • 6.1.2.3 Modos de rotura de estacas solicitadas axialmente
    • 6.1.2.4 Dimensionamento em relação aos estados limites últimos
    • 6.1.2.5 Capacidade resistente última à tração com base em ensaios do terreno
    • 6.1.2.6 Estacas carregadas transversalmente
    • 6.1.2.7 Deslocamentos de fundações por estacas
• 6.2 Métodos de Dimensionamento de Fundações Superficiais Recorrendo ao Cálculo
  • 6.2.1 Método direto
  • 6.2.2 Método indireto
  • 6.2.3 Método prescritivo - Métodos Analíticos para a Determinação da Capacidade Resistente ao Carregamento...
• 7.1 Fundações Superficiais ou Diretas
  • 7.1.1 Introdução
  • 7.1.2 Modos de rotura
  • 7.1.3 Expressão geral da capacidade resistente ao carregamento vertical
    • 7.1.3.1 Teoria de Terzaghi
    • 7.1.3.2 Teoria de Meyerhof
    • 7.1.3.3 Teoria de Brinch Hansen
    • 7.1.3.4 Teoria de Vesić xiv
    • 7.1.3.5 Eurocódigo
• 7.2 Fundações Profundas ou Indiretas
  • 7.2.1 Métodos teóricos – estacas sujeitas a ações verticais
    • 7.2.1.1 Introdução
    • 7.2.1.2 Profundidade crítica
    • 7.2.1.3 Proposta de Terzaghi
    • 7.2.1.4 Proposta de Meyerhof.................................................................................................
    • 7.2.1.5 Proposta de Skempton, Yassin e Gibson
    • 7.2.1.6 Proposta de Zeevaert
    • 7.2.1.7 Proposta de Vesić
    • 7.2.1.8 Proposta de Jambu
  • 7.2.2 Métodos semi-empíricos com base no ensaio SPT – estacas sujeitas a ações verticais
    • 7.2.2.1 Método de Meyerhof
    • 7.2.2.2 Método Aoki e Velloso
    • 7.2.2.3 Método de Décourt e Quaresma.................................................................................
    • 7.2.2.4 Método de Teixeira
  • 7.2.3 Método analítico – estacas sujeitas a ações horizontais e a momentos fletores
    • 7.2.3.1 Introdução
    • 7.2.3.2 Modelo de Winkler
    • 7.2.3.3 Classificação das estacas quanto ao seu comportamento estrutural
      • Dimensionamento de Fundações Superficiais
• 8.1 Dimensionamento Geotécnico
  • 8.1.1 Sapata centrada
  • 8.1.2 Sapata excêntrica................................................................................................................
• 8.2 Dimensionamento Estrutural
  • 8.2.1 Sapata isolada
    • 8.2.1.1 Condição de rigidez xv
    • 8.2.1.2 Verificação da segurança à flexão
    • 8.2.1.3 Verificação da segurança ao esforço transverso
    • 8.2.1.4 Verificação da segurança ao punçoamento
    • 8.2.1.5 Disposições construtivas relativas às armaduras
  • 8.2.2 Viga de equilíbrio
    • 8.2.2.1 Armaduras principais de flexão
    • 8.2.2.2 Verificação da segurança ao esforço transverso
    • 8.2.2.3 Disposições construtivas relativas às armaduras
      • Dimensionamento de Ensoleiramento Geral
• 9.1 Dimensionamento Geotécnico
• 9.2 Dimensionamento Estrutural.....................................................................................................
  • 9.2.1 Laje armada nas duas direções – armaduras principais de flexão
  • 9.2.2 Disposições construtivas relativas às armaduras
  • 9.2.3 Verificação da segurança ao punçoamento - Dimensionamento de Fundações Profundas
• 10.1 Dimensionamento Geotécnico...............................................................................................
• 10.2 Dimensionamento Estrutural de Estacas
  • 10.2.1 Armadura longitudinal
  • 10.2.2 Armadura transversal
  • 10.2.3 Disposições construtivas
• 10.3 Dimensionamento Estrutural de Maciços de Encabeçamento de Estacas
  • 10.3.1 Maciço de uma estaca
  • 10.3.2 Maciço de duas estacas
    • 10.3.2.1 Geometria....................................................................................................................
    • 10.3.2.2 Armadura de flexão
    • 10.3.2.3 Armaduras suplementares
    • 10.3.2.4 Controlo das tensões na biela de compressão xvi
  • 10.3.3 Maciço de três estacas........................................................................................................
    • 10.3.3.1 Geometria
    • 10.3.3.2 Armadura de flexão
  • 10.3.4 Maciço de quatro estacas
    • 10.3.4.1 Geometria
    • 10.3.4.2 Armadura de flexão
  • 10 .3.5 Disposições construtivas..................................................................................................... - Interação Solo-Estrutura
• 11.1 Introdução
• 11.2 Avaliação da Deformabilidade do Terreno.............................................................................
• 11.3 Determinação do Módulo de Reação por Meio de Tabelas com Valores Típicos..................
• Elásticas do Maciço de Fundação 11.4 Determinação do Módulo de Reação Vertical por meio de Correlações com as Propriedades
• 11.5 Determinação do Módulo de Reação Vertical a partir dos Assentamentos - Caraterização do Caso de Estudo
• 12.1 Dados Gerais...........................................................................................................................
• 12.2 Prospeção Geotécnica
  • 12.2.1 Fundações superficiais ou diretas.......................................................................................
  • 12.2.2 Fundação por ensoleiramento geral...................................................................................
  • 12.2.3 Fundações por estacas........................................................................................................ - Apresentação e Análise dos Resultados do Dimensionamento das Fundações
• 13.1 Fundação Superficial ou Direta
  • 13.1.1 Avaliação dos parâmetros de resistência do solo
  • 13.1.2 Correções ao ensaio SPT
  • 13.1.3 Parâmetros de resistência do solo......................................................................................
  • 13.1.4 Dimensionamento geotécnico
    • 13.1.4.1 Método prescritivo xvii
    • 13.1.4.2 Método direto
    • 13.1.4.3 Método indireto
  • 13.1.5 Dimensionamento estrutural
• 13.2 Ensoleiramento Geral.............................................................................................................
  • 13.2.1 Dimensionamento geotécnico............................................................................................
  • 13.2.2 Dimensionamento estrutural
• 13.3 Fundação Profunda ou Indireta
  • 13.3.1 Correções ao ensaio SPT
  • 13.3.2 Parâmetros de resistência do solo
  • 13.3.3 Dimensionamento geotécnico de estacas
  • 13.3.4 Dimensionamento estrutural de estacas
  • 13.3.5 Dimensionamento dos maciços de encabeçamento de estacas
  • 13.3.6 Dimensionamento de vigas de equilíbrio
  • 13.3.7 Dimensionamento estacas sujeitas a ações horizontais
• 13.4 Interação Solo-Estrutura - Apreciações Conclusivas e Desenvolvimentos Futuros
• 14.1 Apreciações Conclusivas
  • 14.1.1 Fundações superficiais ou diretas
    • 14.1.1.1 Método prescritivo versus método direto
    • 14.1.1.2 Método indireto versus método direto
    • 14.1.1.3 Verificação da segurança relativa insuficiência capacidade resistente do terreno
  • 14.1.2 Ensoleiramento geral..........................................................................................................
  • 14.1.3 Fundações profundas ou indiretas
  • 14.1.4 Interação solo-estrutura
• 14.2 Desenvolvimentos Futuros.....................................................................................................