Engenharia Geotécnica - Geotechnical engineering

A engenharia geotécnica , também conhecida como geotécnica , é o ramo da engenharia civil que se preocupa com o comportamento de engenharia dos materiais terrestres . Utiliza os princípios da mecânica do solo e da mecânica das rochas para a solução de seus respectivos problemas de engenharia . Também se baseia no conhecimento de geologia , hidrologia , geofísica e outras ciências relacionadas. A engenharia geotécnica (rocha) é uma especialidade da engenharia geológica .

Além da engenharia civil , a engenharia geotécnica também tem aplicações nas áreas militar , mineração , petróleo , engenharia costeira e construção offshore . Os campos da engenharia geotécnica e da geologia da engenharia têm áreas de conhecimento que se sobrepõem, no entanto, enquanto a engenharia geotécnica é uma especialidade da engenharia civil , a geologia da engenharia é uma especialidade da geologia : eles compartilham os mesmos princípios da mecânica do solo e da mecânica das rochas, mas diferem no aplicativo.

História

Os humanos têm historicamente usado o solo como material para controle de enchentes, irrigação, cemitérios, fundações de edifícios e como material de construção para edifícios. As primeiras atividades foram ligadas à irrigação e controle de inundações, conforme demonstrado por vestígios de diques, represas e canais que datam de pelo menos 2.000 aC que foram encontrados no antigo Egito , na antiga Mesopotâmia e no Crescente Fértil , bem como em torno dos primeiros assentamentos de Mohenjo Daro e Harappa no vale do Indo . À medida que as cidades se expandiram, as estruturas foram erguidas apoiadas por fundações formalizadas; Os gregos antigos construíam, notavelmente, fundações de sapato e alicerces . Até o século 18, no entanto, nenhuma base teórica para o projeto do solo havia sido desenvolvida e a disciplina era mais uma arte do que uma ciência, contando com experiências anteriores.

Vários problemas de engenharia relacionados à fundação, como a Torre Inclinada de Pisa , levaram os cientistas a começar a adotar uma abordagem mais científica para examinar o subsolo. Os primeiros avanços ocorreram no desenvolvimento de teorias de pressão de terra para a construção de muros de contenção . Henri Gautier, um engenheiro real francês, reconheceu a "inclinação natural" de diferentes solos em 1717, uma ideia mais tarde conhecida como ângulo de repouso do solo . Também foi desenvolvido um sistema rudimentar de classificação de solos com base no peso unitário de um material, que não é mais considerado uma boa indicação do tipo de solo.

A aplicação dos princípios da mecânica aos solos foi documentada já em 1773, quando Charles Coulomb (físico, engenheiro e capitão do exército) desenvolveu métodos aprimorados para determinar as pressões da terra contra as muralhas militares. Coulomb observou que, na ruptura, um plano de deslizamento distinto se formaria atrás de uma parede de retenção deslizante e ele sugeriu que a tensão de cisalhamento máxima no plano de deslizamento, para fins de projeto, era a soma da coesão do solo e do atrito , onde está o tensão normal no plano de deslizamento e é o ângulo de atrito do solo. Ao combinar a teoria de Coulomb com Christian Otto Mohr 's estado de tensão 2D , a teoria ficou conhecida como teoria Mohr-Coulomb . Embora seja agora reconhecido que a determinação precisa da coesão é impossível porque não é uma propriedade fundamental do solo, a teoria de Mohr-Coulomb ainda é usada na prática hoje. ${\ displaystyle c}$${\ displaystyle \ sigma \, \!}$ ${\ displaystyle \ tan (\ phi \, \!)}$${\ displaystyle \ sigma \, \!}$${\ displaystyle \ phi \, \!}$${\ displaystyle c}$

No século 19, Henry Darcy desenvolveu o que hoje é conhecido como Lei de Darcy, que descreve o fluxo de fluidos em meios porosos. Joseph Boussinesq (um matemático e físico) desenvolveu teorias de distribuição de tensões em sólidos elásticos que se mostraram úteis para estimar tensões em profundidade no solo; William Rankine , engenheiro e físico, desenvolveu uma alternativa à teoria da pressão da terra de Coulomb. Albert Atterberg desenvolveu os índices de consistência de argila que ainda hoje são usados ​​para classificação de solos. Osborne Reynolds reconheceu em 1885 que o cisalhamento causa dilatação volumétrica da densidade e contração de materiais granulares soltos.

Diz-se que a engenharia geotécnica moderna começou em 1925 com a publicação de Erdbaumechanik por Karl Terzaghi (um engenheiro mecânico e geólogo). Considerado por muitos como o pai da moderna mecânica do solo e da engenharia geotécnica, Terzaghi desenvolveu o princípio da tensão efetiva e demonstrou que a resistência ao cisalhamento do solo é controlada pela tensão efetiva. Terzaghi também desenvolveu a estrutura para as teorias da capacidade de suporte das fundações e a teoria para a previsão da taxa de assentamento das camadas de argila devido à consolidação . Posteriormente, Maurice Biot desenvolveu totalmente a teoria tridimensional de consolidação do solo, estendendo o modelo unidimensional anteriormente desenvolvido por Terzaghi para hipóteses mais gerais e introduzindo o conjunto de equações básicas de poroelasticidade . Alec Skempton em seu trabalho em 1960, realizou uma extensa revisão das formulações disponíveis e dados experimentais na literatura sobre tensões efetivas válidas em solo, concreto e rocha, a fim de rejeitar algumas dessas expressões, bem como esclarecer qual expressão era apropriada de acordo com várias hipóteses de trabalho, como estresse-deformação ou comportamento de resistência, mídia saturada ou não saturada, comportamento de rocha / concreto ou solo, etc. Em seu livro de 1948, Donald Taylor reconheceu que o intertravamento e a dilatação de partículas densamente compactadas contribuíram para o pico de resistência de um solo. As inter-relações entre o comportamento de mudança de volume (dilatação, contração e consolidação) e o comportamento de cisalhamento foram todas conectadas por meio da teoria da plasticidade usando a mecânica do solo em estado crítico de Roscoe, Schofield e Wroth com a publicação de "On the Yielding of Soils" em 1958 . críticos mecânica dos solos do estado é a base para muitos avançados contemporâneos modelos constitutivos que descrevem o comportamento do solo.

A modelagem por centrifugação geotécnica é um método de teste de modelos em escala física de problemas geotécnicos. O uso de uma centrífuga aumenta a similaridade dos testes do modelo em escala envolvendo solo porque a resistência e a rigidez do solo são muito sensíveis à pressão de confinamento. A aceleração centrífuga permite ao pesquisador obter grandes tensões (escala de protótipo) em pequenos modelos físicos.

Mecânica dos Solos

Na engenharia geotécnica, os solos são considerados um material trifásico composto por: rocha ou partículas minerais , água e ar. Os vazios de um solo, os espaços entre as partículas minerais, contêm a água e o ar.

As propriedades de engenharia dos solos são afetadas por quatro fatores principais: o tamanho predominante das partículas minerais, o tipo de partículas minerais, a distribuição do tamanho do grão e as quantidades relativas de mineral, água e ar presentes na matriz do solo. Partículas finas (finas) são definidas como partículas com menos de 0,075 mm de diâmetro.

Propriedades do solo

Algumas das propriedades importantes dos solos que são usadas por engenheiros geotécnicos para analisar as condições do local e projetar terraplenagens, estruturas de contenção e fundações são:

Peso específico ou peso unitário

Peso cumulativo das partículas sólidas, água e ar do volume unitário do solo. Observe que a fase de ar é freqüentemente considerada sem peso.

Porosidade

Razão entre o volume dos vazios (contendo ar, água ou outros fluidos) em um solo e o volume total do solo. A porosidade está matematicamente relacionada à razão de vazios por

${\ displaystyle n = {\ frac {e} {1 + e}}}$

aqui e é a razão de vazios e n é a porosidade

Taxa de vazios

A relação entre o volume de vazios e o volume de partículas sólidas em uma massa de solo. A razão de vazios está matematicamente relacionada à porosidade por

${\ displaystyle e = {\ frac {n} {1-n}}}$

Permeabilidade

Uma medida da capacidade da água de fluir pelo solo. É expresso em unidades de darcies (d). A permeabilidade de 1 d permite o fluxo de 1 cm3 por segundo de fluido com viscosidade de 1 cP (centipoise) através de uma área de seção transversal de 1 cm2 quando um gradiente de pressão de 1 atm / cm é aplicado.

Compressibilidade

A taxa de mudança de volume com estresse efetivo. Se os poros estão cheios de água, então a água deve ser espremida para fora dos poros para permitir a compressão volumétrica do solo; este processo é denominado consolidação.

Força de cisalhamento

A tensão de cisalhamento máxima que pode ser aplicada em uma massa de solo sem causar ruptura por cisalhamento.

Limites de Atterberg

Limite de líquido , limite de plástico e limite de encolhimento . Esses índices são usados ​​para estimativa de outras propriedades de engenharia e para classificação do solo .

Investigação geotécnica

As tarefas de um engenheiro geotécnico compreendem a investigação das condições e materiais do subsolo; a determinação das propriedades físicas, mecânicas e químicas relevantes desses materiais; o projeto de terraplenagens e estruturas de contenção (incluindo barragens , aterros , aterros sanitários, depósitos de resíduos perigosos ), túneis e fundações de estruturas ; o monitoramento das condições do local, terraplenagem e construção da fundação; a avaliação da estabilidade de taludes naturais e depósitos de solos artificiais; a avaliação dos riscos apresentados pelas condições do local; e a previsão, prevenção e mitigação de danos causados ​​por desastres naturais (como avalanches , fluxos de lama , deslizamentos de terra , deslizamentos de rochas , sumidouros e erupções vulcânicas ).

Engenheiros geotécnicos e geólogos de engenharia realizam investigações geotécnicas para obter informações sobre as propriedades físicas do solo e da rocha subjacentes (e às vezes adjacentes) a um local para projetar terraplenagens e fundações para estruturas propostas e para o reparo de desgaste em terraplenagens e estruturas causadas por subsuperfície condições. Uma investigação geotécnica incluirá a exploração da superfície e a exploração do subsolo de um local. Às vezes, métodos geofísicos são usados ​​para obter dados sobre sites. A exploração subterrânea geralmente envolve testes in situ (dois exemplos comuns de testes in situ são o teste de penetração padrão e o teste de penetração em cone ). Além disso, a investigação do local frequentemente incluirá amostragem de subsuperfície e testes de laboratório das amostras de solo recuperadas. A escavação de poços de teste e valas (particularmente para localizar falhas e planos deslizantes ) também pode ser usada para aprender sobre as condições do solo em profundidade. Perfurações de grande diâmetro raramente são usadas devido a questões de segurança e despesas, mas às vezes são usadas para permitir que um geólogo ou engenheiro seja baixado no poço para exame visual e manual direto do solo e da estratigrafia de rocha.

Uma variedade de amostradores de solo existe para atender às necessidades de diferentes projetos de engenharia. O teste de penetração padrão (SPT), que usa um amostrador de colher dividida de parede espessa, é a maneira mais comum de coletar amostras perturbadas. Amostradores de pistão, empregando um tubo de parede fina, são mais comumente usados ​​para a coleta de amostras menos perturbadas. Métodos mais avançados, como o amostrador de blocos Sherbrooke, são superiores, mas ainda mais caros. O solo congelado de testemunhagem fornece amostras não perturbadas de alta qualidade de quaisquer condições do solo, como aterro, areia, moreia e zonas de fratura de rocha.

Testes de limite de Atterberg , medições de conteúdo de água e análise de tamanho de grão, por exemplo, podem ser realizados em amostras perturbadas obtidas a partir de amostradores de solo de paredes espessas . Propriedades como resistência ao cisalhamento, rigidez, condutividade hidráulica e coeficiente de consolidação podem ser significativamente alteradas pela perturbação da amostra. Para medir essas propriedades em laboratório, é necessária uma amostragem de alta qualidade. Os testes comuns para medir a resistência e rigidez incluem o cisalhamento triaxial e o teste de compressão não confinada.

A exploração de superfície pode incluir mapeamento geológico , métodos geofísicos e fotogrametria ; ou pode ser tão simples quanto um engenheiro caminhando para observar as condições físicas do local. O mapeamento geológico e a interpretação da geomorfologia são normalmente concluídos em consulta com um geólogo ou geólogo de engenharia .

A exploração geofísica também é usada algumas vezes. As técnicas geofísicas usadas para exploração de subsuperfície incluem medição de ondas sísmicas (pressão, cisalhamento e ondas de Rayleigh ), métodos de onda de superfície e / ou métodos de fundo de poço e pesquisas eletromagnéticas (magnetômetro, resistividade e radar de penetração no solo ).

A infraestrutura

1. Guinchos de perfuração de percussão para serviços médios / pesados.
2. Máquina de perfuração rotativa de núcleo de diamante para serviços pesados.
3. Geomáquina para serviços leves.
4. Guinchos manuais com tripé.
5. Máquina de teste de penetração de cone dinâmico.
6. Máquina de penetração de cone estático.
7. Máquina de teste de medidor de pressão.
8. Máquina de teste de cisalhamento de palheta de campo.
9. Máquina de teste de campo CBR (California Bearing Ratio).
10. Máquina de teste de vibração de bloco.
11. Máquina de medição rápida de umidade.
12. Máquina cortadora de núcleo de densidade In Situ.
13. Máquina de teste de penetração padrão.
14. Máquina empacotadora simples e dupla com permeabilidade de campo.

Aplicativo

1. PROJETO DE PONTES: tipo de fundação e recomendação de profundidade
2. PROJETO DO TÚNEL: Cálculo do valor RMR e Q
3. PROJETO ESTRUTURAL DE EDIFÍCIOS: Traga para fora a carga de rolamento segura
4. PROJETO DE ESTRUTURAS DE RETENÇÃO: Recomendação de técnica de melhoria do solo

Estruturas

Fundações

A fundação de um edifício transmite cargas de edifícios e outras estruturas para a terra. Os engenheiros geotécnicos projetam as fundações com base nas características de carga da estrutura e nas propriedades dos solos e / ou rocha-mãe do local. Em geral, engenheiros geotécnicos:

1. Faça uma estimativa da magnitude e localização das cargas a serem suportadas.
2. Desenvolva um plano de investigação para explorar a subsuperfície .
3. Determine os parâmetros de solo necessários por meio de testes de campo e de laboratório (por exemplo, teste de consolidação , teste de cisalhamento triaxial , teste de cisalhamento de palheta, teste de penetração padrão ).
4. Projete a base da maneira mais segura e econômica.

As principais considerações para o suporte da fundação são a capacidade de suporte , recalque e movimento do solo sob as fundações. A capacidade de suporte é a capacidade dos solos do local de suportar as cargas impostas por edifícios ou estruturas. O assentamento ocorre sob todas as fundações em todas as condições do solo, embora estruturas levemente carregadas ou sítios de rocha possam experimentar assentamentos insignificantes. Para estruturas mais pesadas ou locais mais suaves, tanto o assentamento geral em relação a áreas não construídas ou edifícios vizinhos quanto o assentamento diferencial sob uma única estrutura podem ser preocupantes. De particular preocupação é uma liquidação que ocorre ao longo do tempo, uma vez que a liquidação imediata geralmente pode ser compensada durante a construção. O movimento do solo sob as fundações de uma estrutura pode ocorrer devido ao encolhimento ou aumento de solos expansivos devido a mudanças climáticas, expansão do solo por congelamento, derretimento do permafrost, instabilidade do declive ou outras causas. Todos esses fatores devem ser considerados durante o projeto das fundações.

Em áreas de leito rochoso raso, a maioria das fundações pode apoiar-se diretamente no leito rochoso; em outras áreas, o solo pode fornecer resistência suficiente para a sustentação das estruturas. Em áreas de rochas mais profundas com solos suaves sobrejacentes, as fundações profundas são usadas para apoiar as estruturas diretamente na rocha; em áreas onde a rocha-mãe não está economicamente disponível, "camadas de suporte" rígidas são usadas para apoiar fundações profundas.

Raso

As fundações rasas são um tipo de fundação que transfere a carga da construção para muito perto da superfície, ao invés de uma camada subsuperficial. As fundações rasas normalmente têm uma proporção de profundidade para largura inferior a 1.

Footings

As sapatas (freqüentemente chamadas de "sapatas espalhadas" porque espalham a carga) são elementos estruturais que transferem as cargas da estrutura para o solo por contato direto da área. As sapatas podem ser sapatas isoladas para cargas de ponto ou coluna ou sapatas de tira para paredes ou outras cargas longas (de linha). As sapatas são normalmente construídas com concreto armado moldado diretamente no solo e são normalmente embutidas no solo para penetrar na zona de movimento de gelo e / ou para obter capacidade de suporte adicional.

Laje

Uma variante das sapatas espalhadas é ter toda a estrutura apoiada em uma única laje de concreto subjacente a toda a área da estrutura. As lajes devem ser grossas o suficiente para fornecer rigidez suficiente para distribuir as cargas do rolamento de maneira uniforme e para minimizar o recalque diferencial ao longo da fundação. Em alguns casos, a flexão é permitida e o edifício é construído para tolerar pequenos movimentos da fundação. Para pequenas estruturas, como casas unifamiliares, a laje pode ter menos de 300 mm de espessura; para estruturas maiores, a laje de fundação pode ter vários metros de espessura.

As fundações de laje podem ser fundações de laje sobre nível ou fundações embutidas, normalmente em edifícios com porões. As fundações de laje sobre o nível devem ser projetadas para permitir o movimento potencial do solo devido às mudanças nas condições do solo.

Profundo

As fundações profundas são usadas para estruturas ou cargas pesadas quando as fundações rasas não podem fornecer capacidade adequada, devido ao tamanho e limitações estruturais. Eles também podem ser usados ​​para transferir cargas de construção além de camadas de solo fracas ou compressíveis. Enquanto as fundações rasas dependem exclusivamente da capacidade de suporte do solo abaixo delas, as fundações profundas podem contar com a resistência de rolamento da extremidade, resistência ao atrito ao longo de seu comprimento ou ambas para desenvolver a capacidade necessária. Os engenheiros geotécnicos usam ferramentas especializadas, como o teste de penetração do cone , para estimar a quantidade de revestimento e resistência do rolamento da extremidade disponível no subsolo.

Existem muitos tipos de fundações profundas, incluindo estacas , poços perfurados, caixões , pilares e colunas estabilizadas com terra. Grandes edifícios, como arranha-céus, geralmente requerem fundações profundas. Por exemplo, a Torre Jin Mao na China usa estacas tubulares de aço de cerca de 1 m (3,3 pés) cravadas a uma profundidade de 83,5 m (274 pés) para suportar seu peso.

Em edifícios que são construídos e estão sujeitos a assentamento, as estacas de sustentação podem ser usadas para estabilizar o edifício existente.

Existem três maneiras de colocar estacas para uma fundação profunda. Eles podem ser acionados, perfurados ou instalados com o uso de uma verruma. As estacas cravadas são estendidas às profundidades necessárias com a aplicação de energia externa da mesma forma que um prego é martelado. Existem quatro martelos típicos usados ​​para cravar essas estacas: martelos de queda, martelos a diesel, martelos hidráulicos e martelos pneumáticos. Os martelos soltos simplesmente jogam um peso pesado na pilha para acioná-la, enquanto os martelos a diesel usam um motor a diesel de um cilindro para forçar as pilhas através da Terra. Da mesma forma, martelos hidráulicos e pneumáticos fornecem energia às pilhas por meio de forças hidráulicas e aéreas. A energia transmitida por um martelo varia com o tipo de martelo escolhido e pode ser tão alta quanto um milhão de libras de pé para martelos a diesel de grande escala, um martelo muito comum usado na prática. As estacas são feitas de uma variedade de materiais, incluindo aço, madeira e concreto. As estacas perfuradas são criadas primeiro perfurando-se um orifício na profundidade adequada e preenchendo-o com concreto. As estacas perfuradas podem normalmente carregar mais carga do que as estacas cravadas, simplesmente devido ao seu diâmetro maior. O método do sem-fim de instalação da estaca é semelhante à instalação da estaca perfurada, mas o concreto é bombeado para o orifício à medida que o sem-fim está sendo removido.

Estruturas de suporte de terra laterais

Um muro de contenção é uma estrutura que retém a terra. As paredes de contenção estabilizam o solo e a rocha do movimento descendente ou da erosão e fornecem suporte para mudanças verticais ou quase verticais de grau. Cofferdams e anteparas, estruturas para reter a água, às vezes também são consideradas paredes de contenção.

A principal preocupação geotécnica no projeto e instalação de paredes de contenção é que o peso do material retido está criando pressão lateral de terra atrás da parede, o que pode fazer com que a parede deforme ou falhe. A pressão lateral da terra depende da altura da parede, da densidade do solo, da resistência do solo e da quantidade de movimento permitido da parede. Essa pressão é menor na parte superior e aumenta em direção à parte inferior de maneira semelhante à pressão hidráulica e tende a empurrar a parede para longe do aterro. A água subterrânea atrás da parede que não é dissipada por um sistema de drenagem causa uma pressão hidráulica horizontal adicional na parede.

Paredes de gravidade

As paredes de gravidade dependem do tamanho e do peso da massa da parede para resistir às pressões por trás. As paredes de gravidade geralmente apresentam um ligeiro recuo, ou massa, para melhorar a estabilidade da parede. Para resumir, paredes de paisagismo, paredes de gravidade feitas de pedras empilhadas a seco (sem argamassa) ou unidades de concreto segmentado (unidades de alvenaria) são comumente usadas.

No início do século 20, os muros de contenção mais altos eram frequentemente paredes de gravidade feitas de grandes massas de concreto ou pedra. Hoje, paredes de contenção mais altas são cada vez mais construídas como paredes de gravidade composta, como geossintéticos ou solo de aterramento reforçado com aço com revestimento pré-moldado; gabiões (cestos de arame de aço empilhados cheios de pedras), paredes de berço (células construídas em estilo de cabana de madeira pré-moldada de concreto ou madeira e preenchidas com solo ou cascalho de drenagem livre) ou paredes pregadas no solo (solo reforçado no local com barras de aço e concreto )

Para paredes de gravidade de solo reforçado, o reforço de solo é colocado em camadas horizontais ao longo da altura da parede. Normalmente, o reforço do solo é geogrelha , uma malha de polímero de alta resistência, que fornece resistência à tração para manter o solo unido. A face da parede é geralmente de unidades de concreto pré-moldadas segmentadas que podem tolerar algum movimento diferencial. A massa do solo reforçado, junto com o revestimento, torna-se a parede de gravidade. A massa reforçada deve ser construída grande o suficiente para reter as pressões do solo por trás dela. As paredes de gravidade geralmente devem ter no mínimo 30 a 40 por cento da profundidade (espessura) da altura da parede e podem ter que ser maiores se houver uma inclinação ou sobretaxa na parede.

Paredes cantilever

Antes da introdução das modernas paredes de solo reforçado por gravidade, as paredes em balanço eram o tipo mais comum de muro de contenção mais alto. As paredes em balanço são feitas de uma haste relativamente fina de concreto moldado no local, reforçado com aço ou alvenaria argamassa (geralmente na forma de um T invertido). Essas paredes carregam em balanço (como uma viga) para uma grande base estrutural; conversão de pressões horizontais atrás da parede em pressões verticais no solo abaixo. Às vezes, as paredes em balanço são reforçadas na frente ou incluem um contraforte na parte de trás, para melhorar sua estabilidade contra cargas elevadas. Contrafortes são paredes de asa curtas em ângulos retos com a tendência principal da parede. Essas paredes requerem bases de concreto rígidas abaixo da profundidade da geada sazonal. Este tipo de parede usa muito menos material do que uma parede tradicional de gravidade.

As paredes cantilever resistem às pressões laterais por fricção na base da parede e / ou pressão passiva de terra , tendência do solo em resistir ao movimento lateral.

Os porões são uma forma de paredes em balanço, mas as forças nas paredes do porão são maiores do que nas paredes convencionais porque a parede do porão não é livre para se mover.

Escavação

O escoramento de escavações temporárias freqüentemente requer um projeto de parede que não se estenda lateralmente além da parede, portanto, o escoramento se estende abaixo da base planejada da escavação. Os métodos comuns de escoramento são o uso de estacas-pranchas ou vigas de soldado e revestimento . As estacas-pranchas são uma forma de estacas-pranchas que usam folhas finas de aço entrelaçadas para obter uma barreira contínua no solo e são cravadas antes da escavação. As vigas soldadas são construídas com seções H de aço de flange largas espaçadas cerca de 2–3 m uma da outra, conduzidas antes da escavação. Conforme a escavação prossegue, madeira horizontal ou placas de aço (revestimento) são inseridas atrás dos flanges da estaca H.

O uso do espaço subterrâneo requer escavação, o que pode causar um grande e perigoso deslocamento da massa de solo ao redor da escavação. Como o espaço para escavação de taludes é limitado em áreas urbanas, o corte é feito verticalmente. Muros de contenção são feitos para evitar deslocamentos de solo inseguros ao redor das escavações. As paredes do diafragma são um tipo de parede de retenção muito rígida e geralmente estanque. Os movimentos horizontais das paredes do diafragma são geralmente evitados por suportes laterais. As paredes de diafragma são caras, mas economizam tempo e espaço e também são seguras, por isso são amplamente utilizadas em escavações urbanas profundas.

Em alguns casos, o suporte lateral que pode ser fornecido apenas pela parede de escoramento é insuficiente para resistir às cargas laterais planejadas; neste caso, o suporte adicional é fornecido por walers ou tie-backs. Walers são elementos estruturais que se conectam através da escavação de modo que as cargas do solo em ambos os lados da escavação são usadas para resistir umas às outras, ou que transferem cargas horizontais da parede de escoramento para a base da escavação. Os tie-backs são tendões de aço perfurados na face da parede que se estendem além do solo que está aplicando pressão na parede, para fornecer resistência lateral adicional à parede.

Earthworks

• Escavação é o processo de treinar a terra de acordo com a necessidade, removendo o solo do local.
• Preenchimento é o processo de treinar a terra de acordo com a necessidade, colocando o solo no local.
• A compactação é o processo pelo qual a densidade do solo aumenta e a permeabilidade do solo diminui. O trabalho de colocação de aterro geralmente tem especificações que exigem um grau específico de compactação ou, alternativamente, propriedades específicas do solo compactado. Solos in-situ podem ser compactados por laminação, compactação dinâmica profunda , vibração, detonação, rotação, amassamento, grauteamento de compactação etc.

Melhoramento do solo

O Melhoramento do Solo é uma técnica que melhora as propriedades de engenharia da massa de solo tratada. Normalmente, as propriedades modificadas são resistência ao cisalhamento, rigidez e permeabilidade. A melhoria do solo tornou-se uma ferramenta sofisticada para apoiar as fundações de uma ampla variedade de estruturas. Aplicado corretamente, isto é, depois de dar a devida consideração à natureza do terreno que está sendo melhorado e ao tipo e sensibilidade das estruturas que estão sendo construídas, a melhoria do terreno muitas vezes reduz os custos diretos e economiza tempo.

Estabilização de declive

A estabilidade da encosta é o potencial das encostas cobertas pelo solo de resistir e sofrer movimento . A estabilidade é determinada pelo equilíbrio entre a tensão de cisalhamento e a resistência ao cisalhamento . Uma inclinação anteriormente estável pode ser afetada inicialmente por fatores preparatórios, tornando a inclinação condicionalmente instável. Os fatores desencadeantes de uma falha de encosta podem ser eventos climáticos que podem tornar uma encosta ativamente instável, levando a movimentos de massa. Os movimentos de massa podem ser causados ​​por aumentos na tensão de cisalhamento, como carregamento, pressão lateral e forças transitórias. Alternativamente, a resistência ao cisalhamento pode ser diminuída pelo desgaste, mudanças na pressão da água dos poros e material orgânico.

Vários modos de falha para taludes de terra incluem quedas, tombos, deslizamentos e fluxos. Em encostas com solo ou rochas de granulação grossa, as quedas ocorrem normalmente como a descida rápida de rochas e outros materiais soltos da encosta. Uma encosta tomba quando uma grande coluna de solo se inclina sobre seu eixo vertical na falha. A análise típica de estabilidade de taludes considera falhas de deslizamento, categorizadas principalmente como deslizamentos rotacionais ou translacionais. Como implícito no nome, os slides rotacionais falham ao longo de uma superfície geralmente curva, enquanto os slides translacionais falham ao longo de uma superfície mais plana. Um declive falhando enquanto o fluxo seria semelhante a um fluido fluindo colina abaixo.

Análise de estabilidade de declive

A análise de estabilidade é necessária para o projeto de encostas projetadas e para estimar o risco de falha da encosta em encostas naturais ou projetadas. Uma suposição comum é que uma encosta consiste em uma camada de solo apoiada em uma base rígida. Supõe-se que a massa e a base interajam por fricção. A interface entre a massa e a base pode ser plana, curva ou ter alguma outra geometria complexa. O objetivo de uma análise de estabilidade do declive é determinar as condições sob as quais a massa deslizará em relação à base e levará à falha do declive.

Se a interface entre a massa e a base de um declive tem uma geometria complexa, a análise da estabilidade do declive é difícil e métodos de solução numérica são necessários. Normalmente, a geometria exata da interface não é conhecida e uma geometria de interface simplificada é assumida. Inclinações finitas requerem a análise de modelos tridimensionais. Para simplificar o problema, a maioria das encostas é analisada assumindo que as encostas são infinitamente largas e podem, portanto, ser representadas por modelos bidimensionais. Um declive pode ser drenado ou não drenado. A condição não drenada é usada nos cálculos para produzir estimativas conservadoras de risco.

Uma abordagem de análise de estabilidade popular é baseada em princípios pertencentes ao conceito de equilíbrio limite. Este método analisa uma inclinação finita ou infinita como se ela estivesse prestes a falhar ao longo de sua superfície de falha deslizante. As tensões de equilíbrio são calculadas ao longo do plano de ruptura e comparadas com a resistência ao cisalhamento do solo, conforme determinado pela equação de resistência ao cisalhamento de Terzaghi . A estabilidade é finalmente decidida por um fator de segurança igual à razão entre a resistência ao cisalhamento e as tensões de equilíbrio ao longo da superfície de ruptura. Um fator de segurança maior do que um geralmente implica em uma inclinação estável, cuja falha não deve ocorrer assumindo que a inclinação não seja perturbada. Um fator de segurança de 1,5 para condições estáticas é comumente usado na prática.

Geossintéticos

Geossintéticos são um tipo de produtos de polímero plástico usados ​​em engenharia geotécnica que melhoram o desempenho da engenharia enquanto reduzem custos. Isso inclui geotêxteis , geogrelhas , geomembranas , geocélulas e geocompósitos . A natureza sintética dos produtos os torna adequados para uso em solo onde altos níveis de durabilidade são exigidos; suas principais funções incluem drenagem, filtragem, reforço, separação e contenção. Os geossintéticos estão disponíveis em uma ampla variedade de formas e materiais, cada um para se adequar a um uso final ligeiramente diferente, embora sejam frequentemente usados ​​juntos. Esses produtos têm uma ampla gama de aplicações e são usados ​​atualmente em muitas aplicações de engenharia civil e geotécnica, incluindo estradas, aeródromos, ferrovias, aterros, aterros empilhados, estruturas de contenção, reservatórios, canais, barragens, aterros, proteção de margens e engenharia costeira.

No mar

A engenharia geotécnica offshore (ou marítima ) se preocupa com o projeto de fundação para estruturas feitas pelo homem no mar , longe da costa (em oposição a onshore ou próximo à costa ). Plataformas de petróleo , ilhas artificiais e dutos submarinos são exemplos de tais estruturas. Existem várias diferenças significativas entre a engenharia geotécnica onshore e offshore. Notavelmente, a melhoria do solo (no fundo do mar) e a investigação do local são mais caras, as estruturas offshore estão expostas a uma gama mais ampla de riscos geográficos e as consequências ambientais e financeiras são maiores em caso de falha. As estruturas offshore estão expostas a várias cargas ambientais, notadamente vento , ondas e correntes . Esses fenômenos podem afetar a integridade ou a capacidade de manutenção da estrutura e sua fundação durante sua vida útil operacional - eles precisam ser levados em consideração no projeto offshore.

Na engenharia geotécnica submarina , os materiais do fundo do mar são considerados materiais bifásicos compostos por 1) rocha ou partículas minerais e 2) água. As estruturas podem ser fixadas no fundo do mar - como é o caso de piers , jettys e turbinas eólicas de fundo fixo - ou talvez uma estrutura flutuante que permanece praticamente fixa em relação ao seu ponto de ancoragem geotécnico. A amarração submarina de estruturas flutuantes de engenharia humana inclui um grande número de plataformas offshore de petróleo e gás e, desde 2008, algumas turbinas eólicas flutuantes . Dois tipos comuns de projeto de engenharia para ancoragem de estruturas flutuantes incluem sistemas de amarração solta de perna de tensão e catenária . "Os sistemas de amarração de perna de tensão têm amarras verticais sob tensão, proporcionando grandes momentos de restauração em pitch and roll. Os sistemas de amarração em catenária fornecem manutenção de estação para uma estrutura offshore, mas fornecem pouca rigidez em baixas tensões."

Método observacional

Em engenharia geotécnica, durante a construção de estruturas de terra (barragens e túneis, por exemplo), o método observacional é um processo contínuo, gerenciado e integrado de projeto, controle de construção, monitoramento e revisão permitindo que modificações adequadas e previamente definidas sejam incorporadas durante ( ou após) construção. Todos esses aspectos devem ser comprovadamente robustos. O objetivo é obter maior economia geral, sem comprometer a segurança.

O método observacional foi proposto por Karl Terzaghi e discutido em um artigo de Ralph B. Peck (1969) em um esforço para reduzir os custos durante a construção incorridos pelo projeto de estruturas de terra com base nas suposições mais desfavoráveis ​​(em outras palavras, condições geológicas, propriedades de engenharia do solo e assim por diante). Em vez disso, o projeto é baseado nas condições mais prováveis ​​e não nas mais desfavoráveis. As lacunas nas informações disponíveis são preenchidas por observações: medições de instrumentação geotécnica (por exemplo, inclinômetros e piezômetros) e investigação de locais geotécnicos (por exemplo, sondagem de sondagem e um CPT ). Essas observações auxiliam na avaliação do comportamento da estrutura durante a construção, que pode então ser modificada de acordo com os achados. O método pode ser descrito como "aprenda conforme você avança".

O método de observação pode ser descrito da seguinte forma:

• Exploração suficiente para estabelecer a natureza geral, padrão e propriedades dos depósitos (não necessariamente em detalhes)
• Avaliação das condições mais prováveis ​​e dos desvios concebíveis mais desfavoráveis ​​dessas condições. A geologia desempenha um papel importante.
• Criação do projeto, com base em uma hipótese de trabalho de comportamento antecipado nas condições mais prováveis
• Seleção das quantidades a serem observadas à medida que a construção avança e cálculo de seus valores antecipados com base na hipótese de trabalho
• Cálculo de valores das mesmas grandezas nas condições mais desfavoráveis ​​compatíveis com os dados disponíveis relativos às condições subsuperficiais
• Seleção (com antecedência) de um curso de ação ou modificação de projeto para cada desvio significativo previsível dos resultados observacionais daqueles previstos com base na hipótese de trabalho
• Medição das quantidades a serem observadas e avaliação das condições reais
• Modificação do projeto de acordo com as condições reais

O método de observação é adequado para construções que já começaram quando ocorre um desenvolvimento inesperado, ou quando uma falha ou acidente ameaça ou já ocorreu. O método não é adequado para projetos cujo design não pode ser alterado durante a construção.

O erro mais sério na aplicação do método de observação é deixar de selecionar (com antecedência) um curso de ação apropriado para todos os desvios previsíveis (revelados por observação) daqueles assumidos no projeto. O engenheiro deve conceber soluções para todos os problemas que possam surgir nas condições menos favoráveis. Se ele não puder resolver esses problemas hipotéticos (mesmo que a probabilidade de sua ocorrência seja muito baixa), ele deve reverter para um projeto baseado nas condições menos favoráveis.

Veja também

 Portal de engenharia

Notas

Referências

• Bates e Jackson, 1980, Glossário de Geologia: American Geological Institute.
• Krynine e Judd, 1957, Principles of Engineering Geology and Geotechnics: McGraw-Hill, New York.

links externos

• Banco de dados de literatura geotécnica mundial