3EC7 2008 2009 - Departamento de Engenharia Civil ...jaime/EC7_2008_2009.pdf · ... (EN 1997-1:2004) ... • edificações simples de 1 e 2 andares; carga máxima de cálculo

Eurocódigo 7 1

Eurocódigos estruturais:(Normas relativas ao projecto estrutural e geotécnico de edifícios e obras de Engenharia Civil)

Eurocódigo 1 – Bases de projecto e acções em estruturasEurocódigo 2 – Projecto de estruturas de betãoEurocódigo 3 – Projecto de estruturas de açoEurocódigo 4 – Projecto de estruturas de mistas aço-betãoEurocódigo 5 – Projecto de estruturas de madeiraEurocódigo 6 – Projecto de estruturas de alvenariaEurocódigo 7 – Projecto geotécnico (EN 1997-1:2004)Eurocódigo 8 – Disposições para projecto de estruturas sismo-resistentesEurocódigo 9 – Projecto de estruturas de alumínio

Eurocódigo 7 2

Parte 1 – Regras geraisParte 2 – Ground Investigation & Testing

Estado limiteCategoria geotécnica

Coeficiente parcialValor característico

Que tipo deParâmetrosensaio?

Ensaios decampo

Ensaios delaboratório

Requisitosessenciais

Valores derivadosdas propriedades doterreno (parâmetros)

Parte 2

através de correlações

ou por medição directa

Parte 1 do EC7

Eurocódigo 7 3

Eurocódigo 7: Projecto geotécnico

• Fundações superficiais• Fundações em estacas• Estruturas de suporte• Aterros e taludes• Particular atenção à Caracterização Geotécnica• Supervisão da construção, observação e manutenção• Rebaixamentos e melhoramentos do terreno

Eurocódigo 7 4

Eurocódigo 7: Projecto geotécnico

Princípios e Regras de AplicaçãoOs Princípios englobam:• disposições gerais e definições que não admitem alternativa;• requisitos e modelos analíticos para os quais não se admitem

alternativas excepto quando expressamente indicadas.Os princípios são precedidos da letra P.

As Regras de Aplicação são exemplos de métodos e procedimentos reconhecidos como adequados. É permitido usar regras alternativas às Regras de Aplicação desde que se demonstre que as regras alternativas estejam de acordo com os Princípios aplicáveis.

Eurocódigo 7 5

Anexos Nacionais:

Nos Eurocódigos foram atribuídos valores indicativos a determinados parâmetros relativos à segurança, valores esses que são identificados por [ ].

As autoridades de cada país membro deverão indicar no Anexo Nacional os valores definitivos para esses parâmetros.

Eurocódigo 7 6

• Natureza e dimensão da estrutura e dos seus elementos;• Condições relativas à vizinhança;• Condições do terreno;• Condições de ocorrência da água no terreno;• Sismicidade regional;• Influência do ambiente (hidrologia, águas superficiais, subsidência,

variações sazonais do teor em água do terreno)

Factores a ter em consideração no estabelecimento dos requisitos (função das Categorias Geotécnicas):

Requisitos fundamentais para o projecto de estruturas geotécnicas

Situações de projecto

Durabilidade

Eurocódigo 7 7

Os Requisitos do Projecto Geotécnico são estabelecidos em função das Categorias geotécnicas:

• Categoria geotécnica 1: Estruturas pequenas e relativamente simples

• Categoria geotécnica 2: Tipos convencionais de estruturas e fundações

• Categoria geotécnica 3: Estruturas de grande dimensão ou pouco comuns

Eurocódigo 7 8

Categoria geotécnica 1

Estruturas pequenas e relativamente simples:• para as quais se possa assegurar que são satisfeitos os

requisitos fundamentais apenas com base na experiência e em estudos de caracterização geotécnica de natureza qualitativa;

• com riscos desprezáveis para bens e vidas;• existir experiência comparável que comprove que as condições

do terreno são suficientemente simples para que seja possível usar métodos de rotina no projecto.

Exemplos (ENV 1997-1:1994):• edificações simples de 1 e 2 andares; carga máxima de cálculo

de 250kN nos pilares e 100kN/m nas paredes; tipos habituais de sapatas e estacas;

• muros de suporte de terras e contenções para desníveis até 2m;• pequenas escavações para trabalhos de drenagem, tubagens ...

Eurocódigo 7 9

Categoria geotécnica 2Tipos convencionais de estruturas e fundações que não envolvam riscos fora do comum ou condições do terreno e de carregamento invulgares ou particularmente difíceis.

Requer a quantificação e análise dos dados geotécnicos e uma análise quantitativa que assegurem que são satisfeitos os requisitos fundamentais; podem ser usados procedimentos de rotina nos ensaios de campo e laboratório, bem como na elaboração do projecto e na execução.

Exemplos:• fundações superficiais, ensoleiramentos e fundações em estacas;• muros, estruturas de contenção e escavações;• pilares e encontros de pontes;• aterros e movimentos de terras;• ancoragens;• túneis em rocha resistente e não fracturada.

Eurocódigo 7 10

Categoria geotécnica 3

Estruturas não abrangidas pelas categorias geotécnicas 1 e 2: estruturas de grande dimensão ou pouco comuns; riscos fora do comum; condições do terreno e de carregamento invulgares e estruturas em áreas de sismicidade elevada.

Deve verificar-se que não é excedido nenhum estado limite relevante através de:• uso de cálculos;• adopção de medidas prescritivas;• uso de modelos experimentais e ensaios de carga;• uso de um método observacional.Estas metodologias podem ser empregues de forma combinada.

Eurocódigo 7 11

Dimensionamento Geotécnico• Com base no cálculo• Por medidas prescritivas• Uso de ensaios de carga e ensaios em modelo experimental• Método observacional• Relatório geotécnico

Caracterização Geotécnica• Estudos preliminares• Estudos para o dimensionamento• Determinação dos parâmetros geotécnicos• Relatório de caracterização geotécnica

Eurocódigo 7 12

Estados limites

Definição:

São estados para além dos quais a estrutura não satisfaz os requisitos de desempenho de projecto

Estados limites de utilização(ELUt):

São estados para além dos quais a estrutura não satisfaz os requisitos de funcionalidade especificados para a estrutura

Estados limites últimos (ELU):

São estados limites associados à rotura ou colapso estrutural

Eurocódigo 7 13

Dimensionamento por cálculo

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

Eurocódigo 7 14

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

Eurocódigo 7 15

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

• acções permanentes (G) (ex: peso próprio da estrutura)

• acções variáveis (Q) (ex: sobrecarga de utilização)

• acções de acidente (A) (ex: acção sísmica)

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


FkFmédio

Eurocódigo 7 16

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

Fd = γF Frep em que Frep – valor representativo

Frep = Ψ Fk em que Fk – valor característico

Ψ – coeficiente com valores dados no EC0


γF – coeficiente parcial para as acções

O valor deste coeficiente deve ter em conta:

• a possibilidade da acção ter um valor superior ao valor característico

• as incertezas na modelação do comportamento (efeitos das acções) e na modelação das próprias acções

Eurocódigo 7 17



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

Eurocódigo 7 18

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

Eurocódigo 7 19

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


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).

Eurocódigo 7 20

Ao seleccionar a zona do terreno que controla o comportamento da estrutura geotécnica em relação a um dado estado limite, deve ter-se em conta que o estado limite pode depender do comportamento da estrutura.

Exemplo: edifício apoiado em sapatas isoladas


1. Estrutura de rigidez reduzida- estrutura com baixa capacidade de redistribuição de esforços;- volume de solo "reduzido", podendo formar-se a superfície de colapso na zona de solo mais fraca;- o valor característico é uma estimativa cautelosa do valor mais baixo dos parâmetros do solo.

2. Estrutura de rigidez elevada- estrutura com elevada capacidade de redistribuição de esforços;- volume de solo "significativo", permitindo compensar zonas mais fracas com zonas mais resistentes;- o valor característico é uma estimativa cautelosa do valor médio dos parâmetros do solo.

Eurocódigo 7 21

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%.A estimativa cautelosa do valor médio corresponde à selecção do valor médio do conjunto limitados de valores dos parâmetros geotécnicos com um nível de confiança de 95%.

Quando está em causa a rotura local, a estimativa cautelosa do valor do parâmetro geotécnico corresponde ao quantilho 5%.


Xk (volume reduzido)

XmédioXk(volume significativo)

Eurocódigo 7 22

O valor de cálculo de um parâmetro geotécnico (Xd) é determinado através de:

Xd = Xk/γM

Xk – valor característico

γM – coeficiente de segurança parcial

ou avaliado directamente


Eurocódigo 7 23



Eurocódigo 7 24

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


Eurocódigo 7 25

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 ± Δa

ex: fund. superficiais com cargas “muito” excêntricas (e>B/3):

Δa – tolerâncias da ordem de 0,10m

muros em consola: Δa = mín(0,10H ; 0,5m)


Eurocódigo 7 26



Eurocódigo 7 27

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


NF

udst

NF

NF

Eurocódigo 7 28

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.

Critério: Edst;d ≤ Estb;d + Td

rocha

Eurocódigo 7 29

Estados limites últimosCoeficientes parciais - acções

EC0/EC7 EC7

EQUSTR/GEO

UPL HYDA1 A2

γF(acções)

(ou γE -efeitos das

acções)

γG;dst 1,10 1,35 1,00 1,00 1,35

γG;stb 0,90 1,00 1,00 0,90 0,90

γQ;dst 1,50 1,50 1,30 1,50 1,50

γQ;stb 0 0 0 --- ---

dst - instabilizante; stb - estabilizante

Eurocódigo 7 30

Estados limites últimosCoeficientes parciais – propriedades (EC7)

EQUSTR/GEO

UPL HYDM1 M2

γM

γφ’ 1,25 1,00 1,25 1,25 ---

γc’ 1,25 1,00 1,25 1,25 ---

γcu 1,40 1,00 1,40 1,40 ---

γqu 1,40 1,00 1,40 --- ---

γγ 1,00 1,00 1,00 1,00 ---

Eurocódigo 7 31

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.

Critério: Ed ≤ Rd

Ed – valor de cálculo dos efeitos das acções

Rd – valor de cálculo da resistência

Eurocódigo 7 32

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

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

Rd = R{γF Frep ; Xk/γM ; ad}/γR

Rd pode depender de γF Frep quando o terreno é atrítico

Eurocódigo 7 33

ELU - STR/GEO

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

• AC 1 – combinação 1 e combinação 2

• AC 2

• AC 3

Eurocódigo 7 34

AC1 (Abordagem de Cálculo 1)

Geral (excepto estacas carregadas axialmente e ancoragens)

combinação 1

A1 + M1 + R1

combinação 2

A2 + M2 + R1

ELU - STR/GEO

Estacas carregadas axialmente e ancoragens

combinação 1

A1 + M1 + R1

combinação 2

A1 + (M1 ou M2) + R4

Eurocódigo 7 35

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.

Ed

γF A1 A1 A2 A2 A1 --- A2 ---

γE --- --- --- --- --- A1 --- A1*

γM M1 M1 M2 M2 M1 M1 M2 ---

Rd

γF A1 A1 A2 A2 A1 = 1 A2 = 1

γM M1 M1 M2 M1 M1 M1 M2

γR 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

Situações persistentes e transitórias – ELU STR/GEO

Eurocódigo 7 36

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

Eurocódigo 7 37



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

Eurocódigo 7 38



Eurocódigo 7 39

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

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.

Eurocódigo 7 40

Dimensionamento por medidas prescritivas

Nas situações em que não se dispõe de modelos de cálculo ou em que a sua utilização não se justifique, os estados limites podem ser evitados através da utilização de medidas prescritivas.

Estas medidas envolvem pormenores convencionais de projecto, geralmente conservativos, e têm em conta a especificação e o controlo dos materiais, a execução, a protecção e os procedimentos de manutenção.

Eurocódigo 7 41

Justificação do dimensionamento com base em ensaios de carga e ensaios em modelos experimentais

Na aplicação dos resultados dos ensaios para a justificação de um dimensionamento há que considerar os seguintes aspectos:

• diferenças entre as condições do terreno no ensaio e na obra;

• efeitos do tempo (duração do ensaio comparativamente com a duração do carregamento na obra;

• efeitos de escala (nível de tensões, dimensões das partículas ...).

Eurocódigo 7 42

Método observacional

Dado que a previsão do comportamento geotécnico ser muitas vezes difícil, pode ser apropriado adoptar o método observacional, o qual permite a adaptação do projecto durante a construção. Têm de ser satisfeitos, antes do início da construção, os quatro requisitos seguintes:

• estabelecer os limites de comportamento aceitável;

• determinar a gama de variação dos comportamentos possíveis e demonstrar-se que existe uma probabilidade aceitável de que o comportamento real se situe dentro dos limites admissíveis;

• elaborar o plano de observação;

• elaborar um plano de actuação a ser adoptado no caso de a observação revelar um comportamento fora dos limites aceitáveis.

43


EXEMPLO:

a) a)

b)

b)c)

c)

44


EXEMPLO:

Cená

rio 1

Cenário 2

45


EXEMPLO: escavação e contenção periférica (Palácio Sotto Mayor)

Cenário 2

46


EXEMPLO: Observação: alvos topográficos

47


EXEMPLO: malha de elementos finitos

48



49


EXEMPLO: Instrumentação

50



Eurocódigo 7 51

Estudos de caracterização geotécnica

Categoria Geotécnica 1

Os estudos de caracterização geotécnica devem incluir uma inspecção visual do local da obra e também a execução de poços pouco profundos, ensaios de penetração ou furos com trado.

• Estudos preliminares• Estudos para o dimensionamento• Estudos de verificação das condições do terreno

Estes estudos podem sobrepor-se.

Categorias Geotécnicas 2 e 3

Eurocódigo 7 52

P• Avaliar a adequabilidade do local de uma forma geral• Comparar locais alternativos, quando tal for relevante• Estimar o impacte que a construção da obra possa causar• Planear os estudos geotécnicos para o dimensionamento e para o

controlo do comportamento• Identificar zonas de empréstimo, quando tal for relevante

Estudos preliminares

P• Obter a informação necessária para o dimensionamento• Obter a informação necessária para a construção• Identificar quaisquer dificuldades que possam surgir durante a

construção

Estudos para o dimensionamento

Eurocódigo 7 53

P• Identificar de modo fiável a disposição e as propriedades de todos

os terrenos interessados pela estrutura projectada ou afectados pelos trabalhos propostos

• Os parâmetros do terreno susceptíveis de afectar a capacidade da estrutura para cumprir os seus requisitos de comportamento devem ser identificados antes do início do dimensionamento final

• O EC7 refere ainda um conjunto de princípios a ter em atenção para os estudos de caracterização geotécnica

Estudos para o dimensionamento

Eurocódigo 7 54

Aspectos de natureza geológicaP• Cavidades• Degradação das rochas, solos ou materiais de aterro• Efeitos hidrogeológicos• Falhas, diaclases e outras superfícies de descontinuidade• Solos ou maciços rochosos sujeitos a fenómenos de dilatância• Solos e rochas expansíveis e colapsíveis• Presença de resíduos ou materias manufacturados

Reconhecimento e trabalhos de prospecçãoP• Os estudos devem abranger pelo menos as formações que se

considere relevantes para o projecto• A distância entre os pontos de prospecção e ensaio, bem como a

profundidade a atingir, devem ser escolhidas com base na informação sobre a geologia da área, as condições do terreno, as dimensões do local e o tipo de estrutura

Eurocódigo 7 55

Reconhecimento e trabalhos de ProspecçãoCategoria Geotécnica 2 (ENV 1997-1:1994):

• Obras que cobrem uma grande área: os pontos de prospecção podem ser dispostos segundo uma malha com distâncias entre 20 e 40m. Em terrenos uniformes os furos ou poços de sondagem podem ser parcialmente substituídos por ensaios de penetração ou sondagens geofísicas

• Sapatas isoladas ou contínuas – profundidade das sondagens abaixo do nível previsto para a fundação entre 1 a 3 vezes a largura dos elementos da fundação

• Ensoleiramentos – profundidade das sondagens superiores ou iguais àlargura da fundação

Eurocódigo 7 56

Reconhecimento e trabalhos de ProspecçãoCategoria Geotécnica 2 (ENV 1997-1:1994):

• Obras de aterro – identificar os estratos compressíveis susceptíveis de contribuir para o assentamento (Δs=10%); distância entre pontos de prospecção = 100 a 200m.

• Fundações por estacas – profundidade das sondagens abaixo da ponta das estacas - 5 vezes o diâmetro previsto. Para grupo de estacas –profundidade deve ser maior que a largura de grupo, ao nível das respectivas pontas

P• Devem ser determinadas as pressões da água do terreno; identificar os

níveis extremos de eventuais águas livres

• Deve determinar-se a localização e a capacidade de poços de drenagem ou de bombagem eventualmente existentes na vizinhança do local

Eurocódigo 7 57

Reconhecimento e trabalhos de ProspecçãoCategoria Geotécnica 3:

P• A extensão dos estudos geotécnicos deve ser suficiente para que sejam

pelo menos atingidos os requisitos das categorias geotécnicas inferiores

• Devem ser realizados todos os estudos complementares de caracterização geotécnica de natureza mais especializada que se revelarem necessários

• Sempre que se recorra a ensaios especiais, os procedimentos de ensaio e os métodos de interpretação devem ser documentados, devendo além disso ser indicadas referências relativas aos ensaios

Eurocódigo 7 58

Determinação dos parâmetros geotécnicosP• Os parâmetros geotécnicos devem ser obtidos através de ensaios de

campo e laboratoriais; a interpretação dos resultados deve ser feita de forma adequada ao estado limite em consideração.

• Muitos parâmetros não são constantes “verdadeiras”, já que dependem de factores tais como o nível de tensão, o modo de deformação, etc..

• Informação publicada em condições de terreno semelhantes

• Número de ensaios; variabilidade

• Experiência local e geral; correlações entre parâmetros

• Resultados de obras experimentais e/ou em obras reais

• Correlações entre os resultados de mais de um tipo de ensaios

Eurocódigo 7 59

Determinação dos parâmetros geotécnicos

• Identificação dos geomateriais (solos e rochas)

• Peso volúmico (solos e rochas)

• Compacidade (solos incoerentes)

• Grau de Compactação (aterros)

• Resistência ao corte

• Rigidez dos solos

• Qualidade e propriedades de rochas e maciços rochosos ...

Eurocódigo 7 60

Determinação dos parâmetros geotécnicos

• Parâmetros de permeabilidade e de consolidação

• Resistência à penetração estática (CPT)

• Número de pancadas (SPT)

• Resistência não drenada (ensaios de corte rotativo)

• Parâmetros pressiométricos

• Parâmetros dilatométricos

• Compactabilidade (aterros)

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