capitulo 1 - a engenharia de fundações
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Para turma de engenharia capitulo do professor Alexandre godoy.TRANSCRIPT
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Captulo I: A Engenharia de Fundaes
1- Conhecimentos necessrios para o projeto e execuo de fundaes Geotecnia Geologia de engenharia: em regies extensas e
desconhecidas o engenheiro de fundaes pode identificar
problemas que devero ser resolvidos por um gelogo
Mecnica das rochas: para estruturas que transmitem
esfores para macios rochosos importante a participao
de um gelogo.
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Mecnica dos solos: o engenheiro de fundaes deve
possuir slidos conhecimentos dos seguintes tpicos:
Origem e formao dos solos,
Caracterizao e classificao dos solos (parmetros
fsicos, granulometria, limites de Atterberg etc.),
Investigaes geotcnicas,
Percolao nos solos e controle da gua subterrnea,
Resistncia ao cisalhamento, capacidade de carga e
empuxos,
Compressibilidade e adensamento e
Distribuio de presses e clculo de deformaes e
recalques.
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Clculo estrutural: o engenheiro de fundaes deve
conhec-lo sob dois aspectos.
Para que possa dimensionar estruturalmente os
elementos da fundao e as obras que, em geral, so
necessrias a execuo das fundaes propriamente
ditas (por exemplo, um escoramento)
Para que possa, como j foi dito, avaliar o
comportamento da estrutura diante dos inevitveis
deslocamentos das fundaes.
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Vivncia e experincia
Entenda-se por vivncia o fato de o profissional projetar ou
executar inmeras fundaes, de diversos tipos e em condies
diversas, passando de um caso para outro baseado, apenas, na
sua prpria observao do comportamento dos casos
passados, sem dados quantitativos.
A experincia seria a vivncia completada com dados
quantitativos referentes ao desempenho da obra.
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Conhecimento do subsolo
Outro aspecto que deve ser assinalado diz respeito ao conhecimento
do solo, que fica restrito, quase sempre, ao que fornecem s
sondagens a percusso de simples reconhecimento.
Assim, pode-se dizer com segurana que, em nosso Pas, a tcnica
das fundaes no tem recebido o tratamento cientifico
adequado. Essa afirmao pode ser comprovada se se considerar
quo pequeno o nmero de conceitos gerais, estabelecidos em
base cientfica, utilizados na tcnica das fundaes.
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O projeto de fundaes, ou mais precisamente seu
dimensionamento, est calado na utilizao de correlaes que
so estabelecidas para determinadas regies e extrapoladas
para outras condies, as vezes, de maneira inescrupulosa.
Tem-se que reconhecer que essas correlaes so, pelo menos no
presente, "um mal necessrio". necessrio que seus autores
sejam bastante explcitos e precisos na caracterizao das
condies em que foram estabelecidas e que, por outro lado, aqueles
que vo utiliz-las o faam com critrio, comparando aquelas
condies com as que tm diante de si.
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Importante ateno especial para dois pontos:
Uma vez que os problemas de Geotecnia apresentam um maior
grau de incerteza que os de Clculo Estrutural, nem sempre
fcil conciliar as respectivas precises (h casos em que o
Engenheiro Estrutural impe ao Engenheiro de Fundaes um
requisito de recalque zero, o que impossvel, pois toda
fundao, ainda que sobre rocha)
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Devem-se evitar as generalizaes, pois, em Fundaes, na
grande maioria dos casos, cada obra apresenta suas
peculiaridades, que devem ser consideradas adequadamente
(menciona-se, como exemplo, o que aconteceu em duas obras no
Rio de Janeiro, em terrenos vizinhos, ambas em estacas metlicas,
em que na primeira encontrou-se um nmero razovel de
mataces que obrigaram a sucessivas mudanas de posio das
estacas, enquanto na segunda nenhum mataco foi
encontrado).
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CONCEITOS NA ABORDAGEM DE UM PROBLEMA DE FUNDAES
Verifica-se que, na Engenharia de Fundaes ou, de forma mais
ampla, na Geotecnia, o profissional vai lidar com um material
natural sobre o qual pouco pode atuar, isto , tem que aceit-lo
tal como ele se apresenta, com suas propriedades e
comportamento especficos.
Importante desde o inicio da concepo do projeto de uma
obra, considerar as condies do solo do local. Podem ocorrer
ganhos significativos na economia da obra.
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H, assim, problemas que so inerentes a Engenharia
Geotcnica e que levaram autores e pesquisadores a
desenvolverem conceitos gerais que merecem uma maior
divulgao entre os profissionais da especialidade.
Entre eles, destacam-se os Conceitos de Previses, Risco
Calculado e Mtodo Observacional.
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Previses (Lambe, 1973)
E fcil compreender a importncia das previses na prtica da
Engenharia Civil. Qualquer tomada de deciso baseada numa
previso. Assim, o engenheiro deve:
Identificar previses que so criticas para a segurana,
funcionalidade e economia do projeto;
Estimar a confiabilidade de cada uma de suas previses;
Utilizar as previses no projeto e na construo;
Determinar as consequncias das previses;
Selecionar e executar aes baseadas nas previses mais
confiveis.
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A seguir apresentado o esquema do processo de previso em
Engenharia Geotcnica.
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A ttulo de exemplo, o processo ser aplicado a um problema de
fundaes:
o Determinar a situao de campo - a etapa em que o
engenheiro colhe os dados de campo: topografia, prospeco
do subsolo, ensaios de campo e de laboratrio, condies de
vizinhos etc.
o Simplificar - Em geral, a heterogeneidade e variao dos
dados colhidos so de tal ordem que se obrigado a eliminar
dados, tornar mdias, considerar as condies mais
desfavorveis, a fim de elaborar um modelo. Nesta etapa,
pode-se utilizar, com bastante proveito, conhecimentos de
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Teoria das Probabilidades e Estatstica (ver, p. ex., Smith,
1986).
o Determinar mecanismos - Nesta etapa, o engenheiro deve
determinar que mecanismo ou mecanismos estaro
envolvidos no caso. Numa construo em encosta, por
exemplo, ele pode concluir que o mecanismo de um
deslizamento mais importante que o mecanismo de ruptura
de uma sapata isolada, embora os dois mecanismos devam ser
analisados.
o Selecionar mtodo e parmetros - Fixado o mecanismo,
cabe estabelecer o mtodo de anlise desse mecanismo e
os parmetros do solo que sero utilizados.
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o Manipular mtodo e parmetros para chegar a previso,
atualmente, esta etapa muito facilitada com a utilizao
de computadores e programas (comerciais ou preparados
para casos especficos). Para cada mtodo escolhido, deve-
se fazer uma anlise paramtrica. No final, ter-se- uma
quantidade aprecivel de resultados, cuja anlise e
interpretao conduziro a etapa final do processo.
o Representar a previso - A representao ou o "retrato" da
previso d ao engenheiro uma perspectiva e um
entendimento do processo em estudo. Por exemplo, curvas
carga-recalque-tempo constituem a melhor representao de
comportamento de uma obra cujo processamento de recalques
est sendo estudado.
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Classificaes das previses (Lambe, 1973)
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Risco calculado (Casagrande, 1965)
Para Casagrande, a expresso "risco calculado" envolve dois
diferentes aspectos:
O uso de um conhecimento imperfeito, orientado pelo bom
senso e pela experincia, para estimar as variaes provveis
de todas as quantidades que entram na soluo de um problema;
A deciso com base em uma margem de segurana
adequada, ou grau de risco, levando em conta fatores
econmicos e a magnitude das perdas que resultariam de um
colapso.
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O autor exemplifica com o seguinte caso fictcio: um aterro a ser
construdo sobre argila mole.
A partir das investigaes, o projetista conclui que a resistncia ao
cisalhamento in situ pode variar entre 20 e 30 kPa.
O limite superior foi obtido de ensaios convencionais de
laboratrio em amostras indeformadas e de ensaios in situ de
palheta (vane tests).
O limite inferior baseado na experincia e no bom senso do
projetista, considerando os possveis efeitos combinados de:
(1) transmisso lateral de poropresses, em consequncia da
estratificao da camada argilosa, a qual reduziria a resistncia ao
cisalhamento mdia ao longo de uma superfcie de deslizamento
potencial;
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(2) a reduo da resistncia em longo prazo, quando a argila e
submetida a uma deformao cisalhante no drenada.
Depois de estabelecer o intervalo de variao para a resistncia ao
cisalhamento, o projetista escolhe um valor caracterstico (ou
valor de projeto) que ser utilizado em suas anlises de
estabilidade.
Se se tratar de importante barragem, cuja ruptura causaria uma
catstrofe, ele poder decidir adotar o valor bastante conservativo de
6 kPa.
Com isso, ele estaria protegendo-se contra a ampla margem de
incerteza, adotando uma ampla margem de segurana.
Para conseguir uma maior economia sem comprometer a segurana, o
projetista poderia optar por instalar um certo nmero de
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piezmetros na camada de argila e elaborar um projeto inicial com
uma margem de segurana bem menor.
Nesse caso, utilizaria a obra como ensaio em verdadeira
grandeza e, com base nas observaes piezomtricas, poderia
modificar o projeto se isso se mostrasse necessrio (Mtodo
Observacional, Peck, 1969).
Se a obra fosse um aterro rodovirio para o qual uma ruptura
parcial pouco representasse em termos econmicos, o projetista
poderia permitir um major risco de ruptura. Consequentemente,
poderia utilizar uma resistncia ao cisalhamento de 12 kPa.
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Classificao dos riscos - Os riscos podem ser classificados em: Riscos de Engenharia:
Riscos desconhecidos;
Riscos calculados.
Riscos humanos:
A maioria dos riscos humanos, tanto desconhecidos como calculados,
podem ser agrupados em:
Organizao insatisfatria, incluindo diviso de responsabilidade
entre projeto e superviso de construo;
Uso insatisfatrio do conhecimento disponvel e do bom senso;
Corrupo.
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Frequentemente, no ha uma ntida demarcao entre esses trs
grupos de riscos humanos.
Em particular, a diviso de responsabilidade , quase sempre, a
causa do uso insuficiente do conhecimento disponvel e do
bom senso, o que pode facilitar a corrupo.
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Classificao de perdas potenciais - As perdas potenciais em obras
de terra e fundaes podem ser classificadas em:
Perdas catastrficas de vidas e propriedades;
Pesadas perdas de vidas e propriedades;
Srias perdas financeiras; provavelmente sem perda de vidas;
Perdas financeiras tolerveis; sem perda de vidas.
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Riscos de Engenharia
Riscos desconhecidos So aqueles que so desconhecidos ate
que se revelam em um acidente, atravs do qual podem, ento, ser
observados e investigados.
Na opinio de Casagrande, os conhecimentos atuais de Geotecnia
permitem que se tenha, pelo menos, uma estimativa qualitativa da
resposta de todos os solos e rochas quando submetidos s atividades
convencionais das obras de Engenharia.
Em outras palavras: muito pouco provvel encontrarem-se
riscos desconhecidos.
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Riscos calculados - Correspondem aos fenmenos para os quais a
Geotecnia ainda no apresentou uma anlise quantitativa
satisfatria. Casagrande enumera os seguintes:
Deslizamentos por liquefao em solos granulares;
Deslizamentos por liquefao em argilas extremamente sensveis;
Caractersticas tenso-deformao-resistncia em materiais
granulares grossos, incluindo enrocamentos, sob elevadas
presses confinantes;
Caractersticas tenso-deformao-resistncia, a longo prazo,
de argilas no drenadas;
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Caractersticas de estabilidade de argilas rijas e argilas siltosas
muito plsticas;
Controle de fissuras transversais e longitudinais no ncleo de
barragens de enrocamento de grande altura;
Efeitos de terremotos em barragens de terra ou enrocamento
de grande altura.
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Mtodo Observacional (Peck, 1969, 1984)
1. Explorao (investigao) suficiente para estabelecer, pelo
menos, a natureza, a distribuio e as propriedades, em geral,
dos depsitos, sem necessidade de detalhes.
2. Avaliao das condies mais provveis e dos desvios, em
reao a essas condies, mais desfavorveis que se possa
imaginar. Nesta avaliao, a Geologia desempenha importante papel.
3. Estabelecimento do projeto com base em uma hiptese de
trabalho de comportamento antecipado sob as condies mais
provveis.
4. Seleo de parmetros a serem observados durante a
construo, e clculo de seus valores antecipados com base na
hiptese de trabalho.
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5. Clculo dos valores dos mesmos parmetros sob as condies
mais desfavorveis compatveis com os dados disponveis
referentes ao terreno.
6. Seleo antecipada de um plano de ao ou de modificao
de projeto para cada desvio significativo previsvel entre os
valores observados e os determinados com base na hiptese de
trabalho.
7. Medio de parmetros a serem observados e avaliao das
condies reais.
8. Modificao de projeto para adequao as condies reais.