Estrutura Contenção

Estruturas de contenção

São estruturas projetadas para resistir a empuxos de terra e/ou água, cargas estruturais e quaisquer outros esforços induzidos por estruturas ou equipamentos adjacentes. As estruturas de arrimo são utilizadas quando se deseja mante ruma diferença de nível na superfície do terreno e o espaço disponível não é suficiente para vencer o desnível através de taludes.

2.1 Definição de empuxo ativo, passivo e em repouso.

2.1.0 Definição de Empuxo

Entende-se por empuxo de terra a ação horizontal produzida por um maciço de solo sobre as obras com ele em contato.

A determinação do valor do empuxo de terra é fundamental para a análise e o projeto de obras como muros de arrimo, cortinas de estacas-prancha, construção de subsolos, encontro de pontes, etc. O valor do empuxo de terra, assim como a distribuição de tensões ao longo do elemento de contenção, depende da interação solo-elemento estrutural durante todas as fases da obra. O empuxo atuando sobre o elemento estrutural provoca deslocamentos horizontais que, por sua vez, alteram o valor e a distribuição do empuxo, ao longo das fases construtivas da obra.

2.1.1 Empuxo passivo x empuxo ativo

Nos problemas de fundações, a interação das estruturas com o solo implica a transmissão de forças predominantemente verticais. Contudo, são também inúmeros os casos em que as estruturas interagem com o solo através de forças horizontais, denominadas empuxo de terra. Neste último caso, as interações dividem-se em duas categorias.

A primeira categoria verifica-se quando determinada estrutura é construída para suportar um maciço de solo. Neste caso, as forças que o solo exerce sobre as estruturas são de natureza ativa. O solo “empurra’ a estrutura, que reage, tendendo a afastar-se do maciço. Na Figura 2 estão apresentadas diversas obras deste tipo.

Na segunda categoria, ao contrário, é a estrutura que é empurrada contra o solo. A força exercida pela estrutura sobre o solo é de natureza passiva. Um caso típico deste tipo de interação solo-estrutura é o de fundações que transmitem ao maciço forças de elevada componente horizontal, como é o caso de pontes em arco (Figura 3).

Em determinadas obras, a interação solo-estrutura pode englobar simultaneamente as duas categorias referidas. É o caso da Figura 4, onde se representa um muro-cais ancorado. As pressões do solo suportado imediatamente atrás da cortina são equilibradas pela força Ft de um tirante de aço amarrado em um ponto perto do topo da cortina e pelas pressões do solo em frente à cortina. O esforço de tração no tirante tende a deslocar a placa para a esquerda, isto é, empurra a placa contra o solo, mobilizando pressões de natureza passiva de um lado e pressões de natureza ativa no lado oposto.

O cômputo da resultante e da distribuição das pressões, quer as de natureza ativa, quer as de natureza passiva, que o solo exerce sobre a estrutura, assim como do estado de deformação associado, é quase sempre muito difícil. Contudo, a avaliação do valor mínimo (caso ativo) ou máximo (caso passivo) é um problema que é usualmente ser resolvido por das teorias de estado limite.

2.1.2 Empuxo no Repouso

O empuxo no repouso é definido pelas tensões horizontais, calculadas para condição de repouso. Neste caso para a condição de semi-espaço infinito horizontal, o empuxo é produto do coeficiente de empuxo lateral no repouso (ko) e da tensão efetiva vertical, acrescido da parcela da poropressão.

k0= σ’h / σ’v

σ’h = ko σ’v

σh = σ’h+U

onde: σ’v = tensão principal vertical efetiva.

σ’h = tensão principal horizontal efetiva;

k0 = coeficiente de empuxo no repouso

U= poropressão

O valor de ko depende de vários parâmetros geotécnicos do solo, dentre os quais pode-se citar: ângulo de atrito, índice de vazios, razão de pré- adensamento, etc.). A determinação do coeficiente de empuxo no repouso pode ser feita a partir ensaios de laboratório e ensaios de campo, teoria da elasticidade ou correlações empíricas.

A determinação experimental pode ser feita através das seguintes técnicas de ensaio:

i) ensaio com controle de tensões, tal que Eh=0. Este ensaio pode ser feito medindo-se as deformações axial e volumétrica e alterando as tensões tal que Eaxial=Evol. Alternativamente pode- se medir as deformações horizontais da amostra através de instrumentação e, consequentemente, corrigir as tensões;

ii) ensaios de campo (pressiometro, ensaio de fratura hidráulica)

iii) instrumentação de campo (células de pressão)

Ensaios triaxiais (mantendo-se Eh =0), realizados por Bishop, em areias uniformes (n = 40%).

i) ko constante no 1º carregamento: em solos normalmente adensados ko é constante.

ii) no descarregamento ko é variável podendo atingir valores superiores a 1: em solos pre-adensados não há como estimar ko: se OCR varia ao logo do perfil

Ko também varia.

No entanto, a determinação experimental de ko torna-se difícil principalmente por dois fatores: alteração do estado inicial de tensões e amolgamento, provocados pela introdução do sistema de medidas. Estes dois fatores também influenciam o comportamento de amostras utilizadas em ensaios de laboratório.

2.2. A importância do ensaio SPT para projeto de estruturas de contenção

O índice SPT foi definido por Terzaghi-Peck, que nos diz que o índice de resistência à penetração (SPT) é a soma do número de golpes necessários à penetração no solo, dos 30 cm finais do amostrador. Despreza-se portanto o número de golpes correspondentes à cravação dos 15 cm iniciais do amostrador.

Ainda que o ensaio de resistência à penetração não possa ser considerado como um método preciso de investigação, os valores de SPT obtidos dão uma indicação preliminar bastante útil da consistência (solos argilosos) ou estado de compacidade (solos arenosos) das camadas do solo