UNIVERSI UNIVERSIDADE DADE FEDERAL DO RIO DE JA J A NEIRO NEIRO
MÉTODO DE CULMAN An A n c o r agen ag enss e Tir Ti r ant an t es
Programa de apoio acadêmico
Disciplina:
Obras de Terra I
Área de projeto:
Desenvolvimento de material didático
Professor:
José Martinho de Azevedo Rodrigues
ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ATIRANTADAS MÉTODO DE CULMAN
D q (kPa)
PLANO CRÍTICO B
δ
c.l c.l
P
θ
R α
H
β
i
θcr
F
θ'
A
•
Parâmetros geotécnicos c = coesão φ = ângulo de atrito interno do solo γ = peso específico do solo
q = sobrecarga (kPa, kgf/cm², tf/m²)
2
PLANO DE ANCORAGEM
Onde: θCR = ângulo formado pela horizontal com o plano crítico de deslizamento (plano de
menor coeficiente de segurança ao deslizamento) θ = ângulo formado pela horizontal com um plano qualquer de possível deslizamento
i = inclinação do talude com a horizontal θ’ = ângulo formado pela horizontal com o plano de ancoragem δ = ângulo formado pela horizontal com a inclinação do terreno acima da cortina α = ângulo formado pelos tirantes com a horizontal β = ângulo formado pelos tirantes com o plano crítico de deslizamento β = α + θ CR
P = peso da cunha mais provável de deslizamento com dimensão unitária. Obs.: em taludes sujeitos à sobrecarga, esta deverá ser incluída no cálculo de P. R = reação do maciço terroso sobre a cunha ABD l = comprimento da linha de maior declive do plano crítico de deslizamento c.l = força de coesão necessária para manter a cunha ABD em equilíbrio F.S. = coeficiente de segurança ao deslizamento F.S.min = coeficiente de segurança mínimo (relativo ao plano crítico de deslizamento) F.S. p p = coeficiente de segurança obtido com as forças de protensão F = força de protensão necessária para obtenção do fator de segurança F.S. p p = 1,5 à cunha ABD (com dimensão transversal unitária) H = altura da estrutura de arrimo q = sobrecarga
3
Formulário Método de Culman θ CR =
i + φ
2
β = α + θ CR FS min =
c.l. cos φ P.sen(θ CR − φ )
FS p = 1,50
(adotado)
FS p
λ =
FS min
F =
λ − 1 λ
. P.
sen (θ CR − φ )
∴
cos ( β − φ )
F (tf/m)
Cálculo do no de tirantes (na vertical) •
Adotando-se um espaçamento horizontal entre os tirantes, igual a e (metros), a força de protensão por vão é de: e(m). F (tf/m) = e.F (tf)
•
Para o cálculo do número de tirantes necessários para combater o esforço e.F, basta dividir este esforço pela carga de trabalho admissível do tirante que será utilizado. e.F
o
n de tirantes na vertical =
c arg a de trabalho admissível
Definição do plano de ancoragem • Método Analítico
Sendo
FS =
Onde:
K =
K sen (i − θ ' ). sen (θ ' − φ )
2c γ H
. sen i. cos φ
Fixando o valor de FS em 1,5; determinamos o ângulo do plano de ancoragem (θ’) • Método Gráfico (ver anexo 2)
4
Cálculo do comprimento de ancoragem O comprimento de ancoragem deve atender a duas condições:
a) Aderência entre o tirante e a pasta: lanc ≥
10 f y . . d 3.η f ck
(ver anexo da EB-3/67)
b) Aderência entre a pasta e o maciço: lanc ≥
T
π . D.τ b
onde: lanc = comprimento de ancoragem do tirante f y = tensão de escoamento do tirante f ck ck = tensão de ruptura da pasta η = coeficiente de aderência (η = 1,8 para o aço CA-60B)
d = diâmetro do tirante D = diâmetro do cilindro da pasta, no trecho da ancoragem T = esforço do teste de tração do tirante τ b = resistência devido à aderência pasta-rocha ou aderência pasta-solo
Nota: Adotaremos como comprimento de ancoragem (lanc) o maior dos dois valores encontrados, ou seja, o calculado no item a) ou no item b) acima. Exemplo numérico: heq= q/γ = 2m Dados: c= 0,5tf/m² φ = 30o γ = 1,8tf/m³ α = inclinação do tirante = 15 o i = 90 o
Plano de ancoragem H=8,0
q= 3,6tf/m² θCR = 60o θ’= 30o
θ CR =
i + φ
2
=
90 + 30 = 60o 2
5
β = α + θ CR = 15 + 60 = 75o FS min =
c.l. cos φ P.sen(θ CR − φ )
=
0,5. 11,4. cos 30 = 0,19 10. 5,8 . 1. 1,8. sen 30 2
FS p = 1,50
λ =
F =
•
FS p FS min
λ − 1 λ
= . P.
1,50 = 7,89 0,19 sen (θ CR − φ )
cos ( β − φ )
=
7,89 − 1 sen 30 . 52,2. ∴ F = 32,1 tf/m 7,89 cos 45
Adotando-se um espaçamento e = 3,00 m Temos: e.F = 32,1 . 3,00 = 96,3 tf/ 3m
•
Utilizando-se tirante Qw = 34,7 tf (ST-85 - φ = 32mm) No de tirantes na vertical =
e. F Qw
=
3,00 . 32,1 = 2,78 = 3 tirantes 34,6
- Painel tipo de 15,00 m Vista Frontal ( ver anexo 3) - Painel tipo de 10,00 m Vista Frontal ( ver anexo 4)
Determinação do plano de ancoragem ( ’) (pelo método analítico) 2. c 2. 0,5 o = = 0,06 ∴ θ ' = 32 γ . H 1,8. 10 •
Distribuição de tirantes na vertical com o diagrama de empuxo (ver anexo 2)
A1 = A2 = A3
A1 ≠ A2 ≠ A3 ou
F1 = F2 = F3 •
F1 ≠ F2 ≠ F3
Distribuição de drenos
Curtos (Barbarás) Suborizontais (drenos profundos) – quando for o caso •
Comentários da NBR-5629/96 da ABNT - Comprimento livre mínimo: ll = 3,00 m - Altura do aterro mínima sobre o início ou o ponto médio do trecho da ancoragem: haterro ≥ 5,00 m 6
Comentários práticos do método de Culman 1. A força F de protensão, para estabilizar a cunha ABD, com FS = 1,5, é dada por espaçamento horizontal unitário. 2. A NBR-5629/96 da ABNT recomenda e ≥ 1,30 m 3. A força F deverá ser distribuída através do diagrama de empuxo e duas hipóteses poderão ocorrer: F1 = F2 A1 = A2 F1
A1
F1
F2
F2 A2
Hipótese 1 -
A1
F1 ≠ F2 A1 ≠ A2
A2
Hipótese 2 -
Notas: 1) Caso da hipótese 1, quando temos: A1 = A2 ∴ F1 = F2 2) Caso da hipótese 2, quando temos: A1 ≠ A2 ∴ F1 ≠ F2, não é muito usual pois implicará na utilização de ancoragens de diferentes capacidades de carga. 3) Em ambos os casos, podemos ter qualquer tipo tipo de diagrama, triangular, trapezoidal ou outro qualquer.
4. As ancoragens poderão ser definidas pelo plano de ancoragem, calculadas pelo método de Culman, analitica ou graficamente. 5. As ancoragens poderão ser ancoradas a partir da superfície provável de ruptura, determinada através de métodos clássicos, como por exemplo, Fellenius, Bishop, etc. 6. Determinação da provável superfície de ruptura, através de métodos clássicos de Fellenius ou Bishop, de fator de segurança (F.S. = 1) ou o C.G. do trecho de ancoragem poderá se situar no círculo círc ulo provável de ruptura igual a 1,5 (F.S. = 1,5).
7
FS= 1,5
FS= 1,0
7. Comentários da NBR-5629/96/ ABNT
α= 15ο
Haterro ≥ 5 0 m
Llmin ≥ 3,0 m
8. Ensaios de tirantes Ver o que a NBR-5629/96 em relação a este item, no anexo 8
9. Instrumentação A NBR recomenda que em toda estrutura de concreto armado atirantada, tenhamos no mínimo 5% das ancoragens instrumentadas, através da utilização de dispositivos e equipamentos que possam medir carga, como células de carga de deformações, dispositivos denominados alongametros.
10. Definição do comprimento dos painéis tipo Normalmente em estruturas de concreto armado, expostas aos raios solares, chuvas e variações térmicas, têm comprimentos já consagrados na área estrutural, da ordem de 10 a 15 m.
Aplicações ou uso de ancoragens 1 – Execução de estruturas de arrimo → estabilização de taludes 1.1 – Cortinas atirantadas São estruturas de concreto armado atirantadas através da utilização de tirantes ancorados no solo ou não.
8
Podem ser executadas de cima para baixo, pelo sistema conhecido como “método brasileiro” ou pelo processo proce sso tradicional, de baixo para cima. c ima. A colocação da estrutura de concreto armado e dos tirantes pode ser feita antes ou depois da concretagem.
1.2 - Cortinas de estacas-prancha Consiste numa estrutura composta por perfis metálicos, que constituem as estacas, espaçados uns dos outros por uma distância da ordem de 1,5 a 2,0 m. Os perfis são cravados numa primeira etapa. A seguir inicia-se a escavação entre os perfis metálicos, concomitantemente com a colocação de pranchões de madeira de lei, do tipo peroba do campo, maçaranduba, etc. Este pranchão é encunhado enc unhado entre 2 almas, de modo a se executar uma parede par ede de estacas prancha, pr ancha, de cima para baixo, sempre encunhando-a entre perfis e contendo o solo a montante do alinhamento longitudinal dos perfis metálicos. A escavação prossegue simultaneamente com a colocação dos pranchões horizontais de madeira. É usual a colocação de 1 a 2 pranchões abaixo do último nível de escavação. PLANTA
VISTA FRONTAL
NÍVEL DO TERRENO
NÍVEL FINAL FINAL DA ESCAVAÇÃO
Em função da altura de escavação, poderá optar-se por uma solução utilizando estroncas apoiadas em vigas longitudinais, denominadas de longarinas, ou ainda uma solução com tirantes provisórios ao invés de estroncas.
9
SEÇÃO TRANSVERSAL TIPO: ESTONCAS NT
LONGARINA
PERFIS METÁLICOS C/ PRANCHÕES HORIZONTAIS DE MADEIRA
MÃO FRANCESA
NÍVEL DE ESCAVAÇÃO
SEÇÃO TRANSVERSAL TIPO: TIRANTES PROVISÓRIOS NT
LONGARINA α
α
MÃO FRANCESA
NE
1.3 – Parede diafragma Parede de concreto armado que utiliza lama bentonítica, moldada “in-situ”. A lama bentonítica, com base nas propriedades tixotrópicas, tem a finalidade de escavar, contendo as paredes da escavação. O concreto utilizado é especial, com “slump test” (trabalhabilidade) de (20 ± 2) cm, com um consumo mínimo de cimento de 400 kg/m³ de concreto, portanto, um concreto auto adensável. Hoje, são utilizadas em grande escala, paredes diafragma pré-moldadas com comprimentos da ordem de ± 12/ 15 m, e seções transversais do tipo (60 x 240), (90 x 240), por exemplo.
10
2 – Reforço de estruturas de arrimo pré-existentes •
Execução de grelhas em concreto armado, ou seja, vigas horizontais e verticais no ponto de encontro das vigas, v igas, instalação de tirantes.
•
Execução de vigas metálicas verticais e horizontais com tirantes no ponto de encontro.
Na realidade, é a execução de um reforço de uma estrutura de arrimo existente que, por algum motivo tornaram-se insuficientes no tocante ao tombamento, ou ao deslizamento, ou a ambos. Aplicações e vantagens do método 1 - Maior resistência aos esforços horizontais 2 - Uniformização das pressões sobre as fundações 3 - Maior resistência estrutural pela utilização de grelha de concreto armado, apoiada nos tirantes e armando a antiga estrutura
3 – Constituição de encontro de pontes Este tipo de estrutura apresenta freqüentemente problemas de recalques diferenciais, devido à superposição no campo de pressões de terra sobre as das fundações das pontes. O método de ancoragens permite separar as terras do aterro junto a estrutura da ponte (encontro).
4 – Ancoragens - Estruturas de diferentes tipos em encostas O método permite executar estruturas sobre encostas, em condições que apresentariam dificuldades de assegurar a estabilidade, no caso de ausência de ancoragens. Tem sido utilizado o método de ancoragens para a estabilização das fundações de tubulações e outras estruturas em barragens hidroelétricas, tais como condutos forçados, chaminés de equilíbrio, estruturas de drenagem sobre superfície de rocha, etc.
5 – Estabilização de escavações subterrâneas tais como cavernas e túneis Trata-se de uma aplicação muito antiga que precedeu o processo de escavação a céu aberto. Nota-se que devido a tensões internas e a existência de material expansivo nas fraturas e diáclases, certas rochas apresentam tendência a escamarem, às vezes tão violentamente que constituem verdadeiras explosões de rocha. A experiência tem mostrado que, se as deformações iniciais são evitadas ou minimizadas por meio de chumbadores, a rocha r ocha se comporta muito melhor.
11
6 – Fundações de postes, mastros, torres de teleféricos e outros Tais estruturas apresentam esforços horizontais e ascensionais, muito importantes, diante das cargas verticais de peso.
7 – Uso de ancoragens em barragens e estruturas auxiliares É muito comum a utilização de ancoragens em estruturas auxiliares de barragens, como por exemplo, em vertedouros, em função do seu tipo e forma.
TIRANTES
ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO
8 – Resistência a forças de subpressão As ancoragens constituem uma solução vantajosa em muitos casos de estruturas sujeitas a importantes forças de subpressão, tais como piscinas, lajes de subsolo, diques, galerias de metrô, estações de metrôs, garagens em praças públicas (ex. Cinelândia), etc. O combate a tais forças era realizado, tradicionalmente, pelos seguintes métodos: 8.1 – peso próprio da estrutura 8.2 – drenagem profunda/ rebaixamento do lençol freático 8.3 – estacas de tração Exemplo: Prédio do BNDES – combate de subpressão de 16 m de coluna d’água com o peso próprio da estrutura estr utura e utilização de 1670 tirantes definitivos def initivos de 450 kN.
9 – Resistência a esforços horizontais e inclinados Tais esforços são comuns em estruturas hidráulicas como tubulações diversas, cais, dentre outras, bem como nas estruturas hiperestáticas e protendidas (pistas de pouso e decolagem em aeroportos, por exemplo) 12
10 – Fundações sobre rocha inclinada Um problema difícil é o das fundações profundas sobre rocha muito inclinada e lisa. É o caso de executar uma estrutura de concreto armado “auxiliar”, que servirá de apoio para a sapata de construção. sapata estaca
Rocha inclinada Bloco de apoio de concreto armado
Perfuração em rocha φ = ...mm
ll tirante
La
chumbador
chumbadores Exemplo 10.2
Exemplo 10.1
Deverá ser dimensionada para os esforços transmitidos pela sapata, bem como as tensões cisalhantes no contato estrutura de concreto x rocha. Poderá ser necessária também, a execução de um ponto de apoio para a ponta da estaca na rocha. Portanto, a rocha deverá ser retirada, com um diâmetro especificado, de modo que revista todo o furo com tubos de revestimento. A rocha será perfurada dentro do revestimento para que se possa introduzir um chumbador e fixá-lo na rocha. Após esse procedimento, a estaca pré-moldada de concreto será introduzida dentro do tubo de revestimento, já escavado, de modo que o chumbador fique centralizado com o eixo da estaca. Aplicar o “grout” e depois de endurecido, retirar o tubo de revestimento. (preencher com grout o vazio entre a superfície lateral da estaca e a superfície do terreno, após a retirada do revestimento).
11 – Estabilização de lascas de rocha ou blocos sobre a rocha É o caso de tirantes ancorados em rocha ou chumbadores para fixação de blocos ou lascas de rocha a rocha matriz. É pertinente também a utilização de tirantes que permitam que determinadas estruturas de concreto resistam a prováveis deslocamentos de blocos de rocha soltos. 13
12 – Estaiamento de estruturas sujeitas especialmente ao vento Consiste na execução de um tirante ancorado em solo ou em rocha. Normalmente ele é inclinado e é dimensionado para resistir ao esforço e sforço de tração provocado provocad o pelo vento, no tabuleiro de uma ponte, ou o u de uma torre, ou de outra estrutura. estr utura.
•
• NA
13 – Encontros de pontes pênseis e sustentação de coberturas Trata-se de outro caso particular de estruturas com elevadas cargas horizontais. O uso de ancoragens permite reduzir consideravelmente os volumes dos blocos de encontro, capazes de ancorar os cabos, especialmente no caso do solo superficial não ser rochoso.
14
14 – Deslocamento de estruturas pré-existentes O método permite deslocar estruturas pré-existentes, como por exemplo, muro de sustentação ou blocos de fundações de tanques ou outras estruturas sobre uma única fundação. Com efeito, é possível com utilização de ancoragens, aplicar forças muito elevadas, distribuídas e orientadas convenientemente para deslocar as referidas estruturas.
15 – Ensaios de carga “in-situ” Placas (NB-27) Estacas e tubulões (NB-20 ≡ NBR-6122/86) Sistema clássico de utilização de tirantes ancorados no solo ou na rocha, presos a uma estrutura de reação.
VIGA VIGA DE REA ÃO tirante
macaco BC E S T A C A
ll
Lanc
Coloca-se um macaco na interface bloco de coroamento/ viga de reação. O deslocamento do êmbolo do macaco para cima comprime a viga de reação, que por sua vez, traciona os tirantes. O tirante é tracionado pela ascensão vertical da viga, de baixo para cima. A esta ação corresponde uma força de compressão. Portanto, sob todos os aspectos de custos e segurança de prova de carga, esta é a concepção mais utilizada. Existem inúmeros exemplos, dentre eles, a prova de carga no tubulão da ponte Rio-Niterói.
15
16 – Cravação de estacas de reação Estacas pré-moldadas de concreto armado, metálicas ou de madeira, que são cravadas (prensadas) através de um sistema de reação. Para o sistema de reação poderá ser utilizada uma cargueira ou tirantes verticais ancorados no solo.
Viga de reação
macaco tirante
Estacas pré-moldadas
17 – Pré-adensamento do solo ou de fundações Uso de sistemas elásticos auxiliares Ë usual o processo de pré-adensamento do terreno de fundação ou fundações individuais, do tipo sapatas ou placas isoladas, por meio de pré-carregamento com carga auxiliar, que se substitui pela carga da construção (peso próprio), uma vez obtido o pré-adensamento conveniente do solo. Pode se obter esse efeito, aplicando a carga ao terreno (solo) por meio da utilização de ancoragens. Como o solo a que o processo se aplica é, em geral compressível, as ancoragens vão perdendo a carga inicial à medida que o solo se deforma (recalca). (r ecalca). Para manter a eficiência das ancoragens, pode se colocá-las periodicamente em tensão.
16
ANEXO 1
Desenho Esquemático Corte
l l lt t
l o o
3
4
5 6
7
1 8 2 l l la a
l T T
1. Cabeça de ancoragem 2. Bloco de apoio 3. Estrutura de apoio 4. Perfuração 5. Bainha de proteção 6. Tirante 7. Bulbo de ancoragem 8. Pé de ancoragem 9. llT – comprimento livre de tirante 10. lo – comprimento de ancoragem do tirante 11. lla – comprimento livre da ancoragem 12. la – comprimento do bulbo 13. lT – comprimento total
l a a
ANEXO 2
Determinação do plano de ancoragem (θ’) Método Gráfico
DETERMIN DETER MINAÇÃO AÇÃO DO PLANO DE ANCORAGEM (θ') ESC.: 1:100
2c γH
FS=2c. seni.cosφ. γ H sen(i-θ).sen(θ'-φ)
FS= 1,5
φ = 15°
c - Coesão γ - P eso específico especí fico aparent aparente e φ - Ângulo de atrito interno
φ =25° 25°
φ = 20°
° 0 9 ° 0 = I 8 = I
° 0 9 = I
° 0 7 = I
° 0 8 = I
° 0 9 = I
° 0 7
= I
0,15
° 0 8 = I
φ = 35°
φ =30° 30°
° 0 9 = I
° 0 7 = I
° 0 8 = I
° 0 7 = I ° 0 9 = I
H i
θ'
° 0 8 = I
° 0 7 = I
0,10
2c γH 0,05
φ
Chave
θ'
0,03 15°
20°
25°
30°
35°
40°
θ'
ANEXO 3
Painel tipo H= 8,0 m e L= 15,0 m Vista Frontal - Forma
P AINEL AINE L TIP O DE COMP CO MPRI RIME MENTO NTO 15,0m ,0m (e =3,0 m) ES C. 1:125 1:125
VISTA FRONTAL - FORMA
CORTE 1
1
britas areia
1
2
3
4
5
1,5 α
3,5
ll3 llmin >3,0m
8,0
6
7
8
9
10 α
ll8
2,0
11
12
13
14
15 1,0 1,0
1,5
3,0
LEGENDA:
3,0
1
TIRANTES DRENO CURTO DRENO SUBORIZONTAL PROFUNDO
3,0
3,0
1,5
ll13
α
3 2 °
haterro min . >5,0m
PLANO DE ANCORAGEM
QUADRO QUADRO RES R ESUMO UMO DE DE TIRANTES TIRANTES TIRANTES N°
UNID.
1A 5
COMPRIMENTOS (m)
ll
anc lanc
ltot
5
8,0 8,0
8,0
TOTAL 16,0 80,0
6 A 10
5
4,0 4,0
8,0
12,0
60,0
11 A 15
5
3,0 3,0
8,0
11,0
55,0
TOTAL
195,0
QUADRO QUADRO DE CARGA - CARGA CAR GA DE E NSAIO: Qe =61 tf - CARGA DE TRABALHO: Qw =34,6 tf - CARGA CAR GA DE INCORP INCO RPORAÇ ORAÇÃO: ÃO: Qi =27 tf
PERFURAÇÃO DIÂMETRO (Ø) = - PER P ERFUR FURAÇÃO AÇÃO EM SOLO S OLO =..... ....... ..... ... m - PERFURAÇÃO EM ROCHA ALTERADA =.......... m - PERF PE RFURAÇ URAÇÃO ÃO EM ROCHA R OCHA =...... =........ .... .. m
INJ INJ EÇÃO EÇ ÃO DE DE CALDA DE CIMENTO TRAÇO: ÁGUA/ ÁGUA/ CIMENTO/ ADITIVOS: ADITIVOS: .... ...... .... .... .... .... .... FATOR ÁGUA/ CIMENTO: .......... ADITIVOS: ADITIVO S: ........ .......... .. fck fck >25 MPa
ANEXO 4
Painel tipo H= 8,0 m e L= 10,0 m Vista Frontal - Forma
P AINEL AINE L TIP T IPO O DE COMP RIMENTO IME NTO 10,0 10,0m m (e =3,0 3,0 m) ES C. 1:12 1:125 5
VISTA FRONTAL - FORMA
CORTE 1
1
britas areia
1
2
3
4
5
1,5 α
3,5 3,5
ll3 min >3,0m llmin
8,0
6
7
8
9
10 α
ll8
2,0
11
12
13
14
15 1,0
1,25
2,5
LEGENDA:
2,5
2,5
1
TIRANTES DRENO CURTO DRENO SUBORIZONTAL PROFUNDO
2,5
1,25
ll13
α
3 2 °
haterro min . >5,0m
PLANO DE ANCORAGEM
ANEXO 5
Fases de execução da cortina ancorada Método Brasileiro
FASES DE EXECUÇÃO DA CORTINA ANCORADA (Método Brasileiro) CORTE
F RENTE FASE 1 - Escavação de nichos para colocação dos tirantes (1° fileira).
FASE 2 - Perfuração, colocação do tirante, injeção do furo, colocação da placa, protensão com esforço de ensaio, ancoragem da placa com esforço de incorporação.
FASE FA SE 3 - Repet R epetição ição das operaçõe operaçõess das fases 1 e 2, com relação as placas restantes da 1° fileira.
FASE 4 - Concretagem da cortina na faixa relativa à 1° fileira. Repetição das operações das das fases 1 e 2 com relação às placas alternadas da 2° fileira
FASE 5 - Repetição das operações das da fase 3 com relação às placas da 2° fileira, concretagem da cortina na faixa relativa à 2° fileira.
FASE 6 - Prosseguimento dos trabalhos da mesma maneira até a conclusão da cortina.
ANEXO 6
Cargas em ancoragens ABNT- NBR-5629/96 Sistema de Monobarras
ANEXO 6 - CA RGAS EM ANCORAGENS A NCORAGENS (A BNT - NB R-5629/96) ANCORAGENS ANCORA GENS MAIS UTILIZA DAS NO BRASIL B RASIL (SISTEMA DE MONOBARRA S) QUADRO RESUMO TIPO
E C O D O Ç A
G A D I W Y D
) E T S E ( O L O S C O R
A R R A B O N O M
R A L U B U T A M E T S I S
DIÂ METRO NOMINA L OU EFETIVO
SEÇÃ O PL EN ENA
(As )
SEÇÃ O REDUZIDA P/ ROSCA
DIÂ METRO MÍN. DE PERFURA ÇÃ ÇÃ O
( ) (m m )
(As ') (m m ²)
RECOMENDADO
(m m ²)
CA-50 CA-50
25 32
506,7 791,7
CA-60 CA-60 CA-60
22 25 28
ST-50/55
CA RGA L IM IMITE
ANCORAGENS
(Qlim )
TENSÃ O DE ESCOA ME MENTO DO AÇO
P RO ROVISÓRIA F.S.= 1,5
DEFINITIVA F.S.= 1,75
(m m )
(k N)
(f' yk ) (k g f /m m ²)
(Qw ) (k N)
(Qw ) (k N)
430,7 672,9
75 100
194,0 258,0
130,0 172,0
110,0 147,0
387,9 506,7 641,3
329,7 430,7 545,1
75 75 100
178,0 232,0 294,0
118,0 154,0 196,0
102,0 132,0 168,0
32
791,7
-
100
300,0
200,0
170,0
ST-85/105
32
792,7
-
100
606,0
404,0
346,0
ST-75/85 ST-75/85 ST-75/85 ST-75/85 ST-75/85 ST-75/85 ST-75/85 ST-75/85 ST-75/85
14 17 20 23 26 29 35 37 41
-
160,5 234,9 323,6 425,7 533,0 674,0 977,6 1.124,0 1.325,1
75 75 75 75 100 100 125 125 175
106,8 157,5 218,8 287,0 360,5 455,0 659,8 787,5 899,5
-
70,0 105,0 146,0 191,0 240,0 203,0 440,0 524,0 600,0
61,0 90,0 125,0 164,0 206,0 260,0 377,0 450,0 514,0
INCO-13-D
22
-
327,0
*
24,5
75,0
160,0
140,0
INCO-22-D
30
-
707,0
*
42,0
60,0
280,0
240,0
INCO-35-D
40
-
1.140,0
*
68,4
60,0
450,0
390,0
INCO-7 INCO-15 INCO-24 INCO-30 INCO-40 INCO-50 INCO-70
30 30 40 40 52 73 73
-
364,0 594,0 876,0 1.002,0 1.320,0 1.979,0 2.800,0
** ** ** ** ** ** **
140,0 290,0 460,0 580,0 770,0 990,0 1.340,0
39,0 50,0 53,0 58,0 58,0 50,0 48,0
90,0 190,0 300,0 380,0 500,0 660,0 890,0
80,0 165,0 260,0 330,0 440,0 560,0 760,0
NOTAS: 1) Carga limite: Qlim=0,9.As.f' .f'yk 2) Carga de trabalho =Qw =Qlim/FS 3) Carga de incorporação: Qi NBR-5629/96 ABNT - Qi =0,8.Qw De acordo com critério do projetista em função do perfil geológico-geotécnico •
••
4) Sistema de protensão e ancoragem da INCOTEP em monobarra (*) e tubular (**) 5) Rocsolo é um tirante fabricado pela ESTE Engenharia com utilização de aço ST-75/85, é um sistema particular com ancoragem de resina (Rocsolo-IAR), por esta razão os diâmetros mínimos de perfuração recomendados são menores que as ancoragens clássicas normais, utilizadas pela grande maioria das firmas de sondagens. Na tabela indicamos os diâmetros mínimos de perfuração clássica. 6) A DYWIDAG apresenta dois tipos de aço: GEWI ST-50/55 e DYWIDAG ST-85/105 7) Há profissionais que utilizam no dimensionamento de estruturas de reação em provas de carga, ancoragem provisória com FS =1,3. Neste caso, Qw =Qlim/1,3 CONVENÇÃO Ancoragens injetadas pela boca do furo e/ ou válvulas múltiplas tipo Manchete Ancoragens injetadas com resina ou pela boca do furo e/ ou válvulas múltiplas tipo Manchete Ancoragens injetadas com calda de cimento à medida que a perfuração cresce
P rof. J osé Martinho Martinho de A. Rodrigues
ANEXO 7
Cargas em ancoragens ABNT- NBR-5629/96 Sistema de Fios e Cordoalhas
ANEXO 7 - CARGAS EM ANCORAGENS A NCORAGENS (ABNT - NBR-5629/96) FIOS = 8 mm E CORDOALHAS = 12,7 mm ANCORAGENS ANCORA GENS MAIS UTILIZA DAS NO BRASIL B RASIL QUADRO RESUMO DESCRIÇÃO
TIPO
DI METRO (m m )
(m m ²)
AÇO CP-150
4 φ 8mm 6 φ 8mm 8 φ 8mm 12 φ 8mm
201 302 402 603
-
270 407 543 814
180 270 360 540
144 217 290 434
154 230 310 460
123 186 250 370
AÇO CP-170
4 φ 8mm 6 φ 8mm 8 φ 8mm 12 φ 8mm
201 302 402 603
-
307 460 615 923
204 307 410 615
163 245 330 490
175 260 350 530
140 210 280 420
8 φ 12,7mm 10 φ 12,7mm 12 φ 12,7mm 15 φ 12,7mm 20 φ 12,7mm
754 942 1130 1413 1884
-
1.086 1.356 1.627 2.035 2.713
724 904 1.084 1.356 1.808
580 723 867 1.085 1.446
620 775 930 1.163 1.550
496 620 744 930 1.240
8 φ 12,7mm 10 φ 12,7mm 12 φ 12,7mm 15 φ 12,7mm 20 φ 12,7mm
754 942 1130 1413 1884
-
1.221 1.526 1.730 2.290 3.052
814 1.017 1.220 1.526 2.034
651 813 976 1.220 1.627
697 872 988 1.308 1.744
558 698 790 1.047 1.395
8 φ 12,7mm 10 φ 12,7mm 12 φ 12,7mm 15 φ 12,7mm 20 φ 12,7mm
754 942 1130 1413 1884
-
1.191 1.484 1.780 2.225 2.967
794 990 1.186 1.484 1.978
655 791 950 1.187 1.582
680 848 1.017 1.271 1.695
544 679 814 1.017 1.356
8 φ 12,7mm 10 φ 12,7mm 12 φ 12,7mm 15 φ 12,7mm 20 φ 12,7mm
754 942 1130 1413 1884
-
1.290 1.610 1.932 2.416 3.221
860 1.073 1.288 1.610 2.147
688 858 1.030 1.288 1.718
737 920 1.104 1.380 1.840
590 736 883 1.104 1.472
( )
S A I D É M
S A G R A C E D E D A D I C A P A C A R A P S N E G A R O C N A
m m 8 S O I F
AÇO BEMA-160
S A T L A
m m 7 , 2 1 S A H L A O D R O C
AÇO BEMA-180
AÇO BEMA-175
AÇO BEMA-175
CA RGA L IMITE
ANCORAGENS ANCORA GENS PROVIS RIA DEFINITIVA
SEÇÃ O REDUZIDA P/ ROSCA (m m ²)
SEÇÃO PLENA
(k N)
Qw FS = 1,5 (k N)
Qi (k N)
Qw FS = 1,75 (k N)
Qi (k N)
NOTAS: 1) Os valores das cargas acima relacionadas são para o Aço RB (relaxação baixa), quando o aço usado for do tipo RN (relaxação normal), as cargas ficam reduzidas em ±6%. 2) Carga limite:Qlim=0,9.As.f' .f'yk 3) Carga de trabalho:Qw =Qlim lim/FS 4) Carga de incorporação: Qi • NBR-5629/96 ABNT - Qi =0,8.Qw • • De acordo com o critério do projetista, em funcão do perfil geológico-geotécnico 5 ) Há profissionais que utilizam no dimensionamento de estruturas de reação em provas de carga, ancoragem provisória com FS =1,3. Neste caso, Qw =Qlim/1,3 Convenção Todas as ancoragens são s ão providas de um sistem sis tema a de válvulas múltiplas múltiplas (manchetes), portanto, portanto, são ancoragens reinjetáveis cujo sistema se encontra no eixo do tirante com diâmetro da ordem de 32/ 40 mm
P rof. J osé Martinh Martinho o de A. Rodri R odrigue gues s
ANEXO 8
Ensaios de tirantes
Ensaios de tirantes
Os tipos de ensaio, conforme norma da ABNT – NBR-5629/96, são: •
Ensaio Básico
Ensaio executado somente para a verificação da adequação de um novo tipo de tirante injetado. •
Ensaio de Qualificação
Ensaio executado somente para a verificação de um dado terreno, do desempenho de um tipo de tirante injetado, já credenciado pelo ensaio básico. •
Ensaio de Recebimento
Ensaio executado para controlar a capacidade de carga e o comportamento de todos os tirantes de uma obra. •
Ensaio de Fluência
Ensaio executado somente para a avaliação da estabilização do tirante sob a ação de cargas de longa duração. Recomendações quanto à utilização dos ensaios de ancoragem
Os ensaios básicos, de quantificação e fluência serão aplicáveis quando for introduzido um novo tipo ou sistema de ancoragem ou no caso de terrenos onde não se tenha experiência comprovada na utilização de ancoragens. O projeto da obra (fiscalização) definirá a necessidade da utilização desses tipos de ensaios. A NBR-5629/96 aborda em detalhe os aspectos desses ensaios. Ensaio de Recebimento
É obrigatória a sua realização em todas as ancoragens, adotando-se a proposição da norma NBR-5629/96. •
Tipo A:
Ensaiar em 10% dos tirantes instalados e no mínimo em um ensaio. •
Tipo B
Realizado nas demais ancoragens.
Estágios de carga em ensaios de ancoragens
A norma NBR-5629/96 fornece todos os estágios de carga a serem praticados nos ensaios de recebimento tipos A e B. (Para modelo de boletim de ancoragens e ensaio de recebimento ver anexo 9).
TIPO TIPO A TIPO B To= 0,1.fy. 0,1.fy. As To= 0,1.fy. As 0,3.Ttrabalho
0,3.Ttrabalho
0,6.Ttrabalho
0,6.Ttrabalho
0,8.Ttrabalho
0,8.Ttrabalho
1,0.Ttrabalho
1,0.Ttrabalho
1,2.Ttrabalho
1,2.Ttrabalho
1,4.Ttrabalho
1,4.Ttrabalho
1,6.Ttrabalho
1,6.Ttrabalho
1,75.Ttrabalho
1,75.Ttrabalho
ANEXO 9
Ensaios de tirantes Modelo de boletim de ancoragens (GeoRio)
MODELO DE BOL ETIM DE ANCORAGENS E ENSAIO ENSAIO DE RECEBIMENTO - AÇO CA 50 A
DADOS DA OBRA:
Folha 1/2
OBR A:
P ROCE S S O N.º:
LOCAL:
DE S . R E F E RÊ NCIA N.º:
E MP RE S A
DAT A:
DADOS DA ANCORAGEM ANCORAGEM N.º Comp. Livre(m):
DIÂM. EFETIVO (mm): Comp. Anc.(m):
Carga E nsaio. (kN):
Carga Trab. (kN):
32,0
TIPO:
Incl Inclin inaç ação ão (º): (º): Comp. Total(m): Carga Incorp. (kN):
DADOS DA PERFURAÇÃO Diâm. F uro (mm): Circ. Água:
INJ INJ EÇÃO
P erfur. em solo(m): S im
Não
Revestimento Diam Diam.(mm .(mm):
até até
P erfur. em alteração(m):
Data
A/C
Cimento(sc) Pressão(kg/cm2)
Perfur. em rocha(m): (met (metro ros) s)
Perfur Perfur.. tot total(m al(m): ):
DADOS DADOS DO DO ENSAIO ENSAIO (para preenchiment o do s dados, ver formu lário apr esentado esentado abaixo da tabela) E quipamento de C arga:
E q. medição de desloc.:
Relação de C arga:
Data do E nsaio:
c ol . 1
col. 2
Hora
Ciclo Tipo Tipo Ensai Ensaio o Carg Carga (kN) (kN) Fo=0,1F e 0,3Ft 0,6Ft 0,8Ft 1,0Ft 1,2Ft 1,4Ft 1,6Ft F e=1,75F t
co l . 3
AeB AeB AeB AeB AeB AeB AeB A A
co l . 4
35 105 210 280 350 420 490 560 610
col. 5
col. 6
co l . 7
col. 8
co l . 9
Leit Leitu ura de Car Carga na Desl Desloc oca amento (mm (mm) Defor formaçõe ções obra L e i t u r a R e a l E l á s t i c a s P lásticas Leiturainicial Zero Zero Zero
1,6Ft A 560 1,4Ft AeB 490 1,2Ft AeB 420 1,0Ft AeB 350 280 0,8Ft AeB 0,6Ft AeB 210 105 0,3Ft AeB Fo AeB 35 280 0,8Ft AeB ENSAIO TIPO A => 10% 10% das anco ragens e/ou n o mín imo 1. ENSAIO TIPO TIPO B => Demais anc oragens
dmáx máx
=demáx
dpmáx máx
FORMUL RIO
OBS.1: Para facilitar a leitura, adotou-se utilizar a carga inicial Fo = 0,1 x Fe = 0,1 x 1,75 x Ft OBS.2: O índic e j apresentado apresentado nas equações a seguir cor responde a cada estágio estágio d e carga desloc. real real j = Leitura j - Leiturainicial de máx = d máx - dp máx (deformação (deformação elástica máxima) de j = [(F - Fo)xde Fo)xde máx ]/(1,75Ft - Fo) (deformação (deformação elástica no estágio de carga j) dp j = de - desloc. real real j (deformação (deformação pl ástica no estágio de carga j. Se dp > 0, adotar adotar ig ual a zero) zero)
ng .
es p o n s v e :
ng.
sca
MODELO DE BOLETIM DE ANCORAGENS E ENSAIO DE RECEBIMENTO - AÇO CA 50A
Folha 2/2
GRÁFICOS Gráfico Carga x Deslocamentos Totais (colunas 4 x 7) Carga (kN)
0
100
200
300
400
300
400
0 m m ( s i a t o t s o t n e m a c o l s e D
10 20 30 40 50
Gráfico Carga x Deformações (colunas 4 x 8 e 4 x 9)
40 30 e d
20 10 0
p d
-10
0
100
-20
200
Carga (kN)
CONSTRUÇÃO CONSTRUÇÃO DAS RETAS LIMITES (A SEREM TRAÇADAS NO GRÁFICO CARGA X DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS)
Para retas limites, considerar: E = 210 (Módulo de Elasticidade do aço em kN/mm2) (Seção de aço em mm2)
S = 804,25 Ret a a P ONTO A B
X Fo 1,75Ft
Y zero
Ret a b P ONTO C D
X Fo 1,75Ft
Y zer o
=[(1,75Ft - Fo)*(Comp Livre(mm) +Comp. Ancorado(mm)/2)]/(E*S) =[(1,75Ft - F o)*(Comp Livre(mm Livre(mm)*0.8)] )*0.8)]/( /(E*S)
ANEXO 10
Traço Calda de Injeção Especial
CALDA DE INJEÇÃO ESPECIAL Estamos apresentando um traço de calda de cimento especial, para injeção sob pressão ou não, na execução de tirantes, chumbadores e/ou grampos, dentro de uma nova tecnologia, de proporcionar uma obra obra mais limpa e sem sem causar maiores maiores danos ao meio meio ambiente. Traço:
Fator água / cimento = 0,38 Cimento= 50 kg Água = 19 L (Gelada:5° / 10°C) Aditivo RX-322 N – 0,3% (Plastificante e Redutor de água) Aditivo RX-3000A – 1,5% (Superfluidificante) ( Superfluidificante) Intraplast N – 0,5% ( Sika recomenda 0,5% - 1,5%) – Expansor – defloculante - plastificante – estabilizador para injeções injeções de cimento. Nota:
1) A mistura deverá ser ser mantida em agitação agitação e injetada até 20 20 minutos após seu seu preparo. 2) A obtenção da água gelada gelada pode ser obtida com 2 a 3 pedras de gelo (forma de paralelepípedo), diluídas em ½ latão de 50/100 L de água potável. 3) A fluidez obtida com o traço acima é da da ordem de 10 / 15 segundos. Objetivo:
A utilização desta calda poderá eliminar o serviço de reinjeção através das válvulas manchete, ou seja, só a bainha será suficiente para fazer o tirante resistir às terças de tração projetadas. Foi utilizado em obras com sucesso total, não havendo necessidade de reinjeção.
ANEXO 11
Tensão de aderência: Calda de cimento x solo/solo residual jovem ou rocha
CÁLCULO CÁL CULO PARA CA PACIDADE DE CARGA DO TIRANTE AUTO-INJETÁVEL
P ara o cálculo da capacidade de carga do tirante tirante auto-injetável auto-injetável faz-se faz-s e uso da seguint s eguinte e expressão: Qrup
=
9,2 × N spt × φ × L × K
onde Qrup = Carga de ruptura (tf) do tirante; N SPT = Número médio de SPT na região de implantação do bulbo de ancoragem;
φ = diâmetro de perfuração do tricone (m); L= comprimento de ancoragem do tirante; K= coeficiente que depende do tipo de solo. SOLO
K( tf/m²)
ARGILAS / SILTES
1,00
AREIAS MUITO ARGILOSAS / SILTOSAS
0,60
AREIAS POUCO ARGILOSAS / SILTOSAS
0,40
AREIA POUCO ARGILOSA
0,42
AREIA POUCO SILTOSA
0,50
AREIA MUITO ARGILOSA
0,68
AREIA MUITO SILTOSA
0,63
AREIA
0,30
Notas: 1)
Esse método foi proposto e apresentado no SEFE V pelos engenheiros: Ivan Joppert Jr.;Walter Iorio.;Willian Mallman.
2)
Permite calcular, portanto: Tensão de aderência: Calda de cimento x solo Calda de cimento x solo residual jovem (rocha alterada)
