A interaçÃo solo estrutura comanda o risco e a segurança em fundaçÕES


VARIABILIDADE SUPERFÍCIE RESISTENTE COMANDA ANÁLISE ISE



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VARIABILIDADE SUPERFÍCIE RESISTENTE COMANDA ANÁLISE ISE

01

INTERAÇÃO

SOLO ESTRUTURA

GRUPO

ELEMENTOS FUNDAÇÃO

FUNDAÇÃO

ISOLADA

ESTACA

Elemento


isolado

BLOCO

União grupo elementos



EDIFÍCIO

Superestrutura

sobre grupo vários blocos

SOLO


MACIÇO

CONTÍNUO


SOLO

MACIÇO

CONTÍNUO


SOLO

MACIÇO

CONTÍNUO


INTERAÇÃO SISTEMAS DIVERSOS MATERIAIS

SISTEMAS GEOTÉCNICOS SOLOS/ROCHAS DE FORMAS INDETERMINADAS

SISTEMAS ESTRUTURAIS DE FÔRMAS CONHECIDAS

VARIABILIDADE NA INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA

COMPORTAMENTO REOLÓGICO MATERIAIS DEPENDENTES NATUREZA / AÇÃO HUMANA

02

CENÁRIO ANÁLISE INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA

03

MACIÇO

SOLOS

MACIÇO ROCHAS

Eixo vertical

Superfície indeslocável

Superfície terreno

ind

á

vel

sloc

e

per

cie

fi

Su

Superfície terreno

SUPERESTRUTURA

GRUPO ELEMENTOS ISOLADOS

SUPERFÍCIE RESISTENTE DETERMINA CENÁRIO INTERAÇÃO

FUNDAÇÃO

GRUPO ELEMENTOS ISOLADOS

Superfície resistente 1

Superfície resistente 2

CARGAS AMBIENTAIS E FUNCIONAIS

MACIÇO ROCHAS

04

MACIÇO


SOLOS

Eixo vertical

Superfície indeslocável

SISMO

SOBRECARGA VERTICAL

CARGA FUNCIONAL

CARGA AMBIENTAL

REAÇÃO INTERNA

EQUILÍBRIO SEÇÃO CONTATO SEIS GRAUS LIBERDADE

05

SOLICITAÇÃO

RESISTÊNCIA/SOLICITAÇÃO → SEGURANÇA/CONFIABILIDADE

R

Pp

Q(z)

SISTEMA

estaca

isolada

R

FATOR SEGURANÇA  FS = R / S

MARGEM SEGURANÇA  MS= R - S

ESTADO LIMITE SERVIÇO  R ≥ S (material)

ESTADO LIMITE ÚLTIMO  R = S (ruptura)

PROBABILIDADE RUÍNA ≈ 1/10b

FATOR SEGURANÇA FS : DISTÂNCIA ENTRE PONTOS CURVAS R-S

FATOR CONFIABILIDADE b : DISTÂNCIA ENTRE CURVAS R-S

S

SUPERFÍCIE RESISTENTE

( FUNDAÇÃO SAPATAS )

( FUNDAÇÃO SAPATAS )

MESMA ESTRUTURA E CARGA

FORMAÇÃO GEOTÉCNICA COMANDA I S E

06

40

40

20

50

25

25

MESMA SUPERESTRUTURA E CARGAS

DIFERENTES RESPOSTAS

(SOLICITAÇÃO / RESISTÊNCIA)

MACIÇO SOLOS LOCAL

CONCEPÇÃO SISTEMA ESTRUTURAL

CARGAS AMBIENTAIS/FUNCIONAIS

VARIÁVEIS INDEPENDENTES

VARIÁVEIS DEPENDENTES

VARIABILIDADE GEOTÉCNICA COMANDA INTERAÇÃO

RUPTURA GERAL SISTEMA (ELU)

(LIMITE SUPERIOR DE RESISTÊNCIA)

EXECUÇÃO PROCEDE INSTALAÇÃO VERIFICA INTEGRIDADE E COMPROVA CARGA ADMISSÍVEL REAL



07

SUPERFÍCIE RESISTENTE CARGA ADMISSÍVEL

OBJETIVO : MINIMIZAR CUSTO ( MAXIMIZAR Padm )

INCÓGNITA: COTA ASSENTAMENTO FUNDAÇÃO (SR)

EXECUÇÃO/TEMPO MODIFICA REOLOGIA MATERIAIS !

PROJETO FIXA CARGA ADMISSÍVEL E A SUPERFÍCIE RESISTENTE CORRESPONDENTE

FASES DA OBRA:

RUPTURA LOCAL MATERIAL (ELS)

(LIMITE INFERIOR DE RESISTÊNCIA)

VERIFICAÇÃO ESTABILIDADE:

Variabilidade solicitações



VARIABILIDADE CARGAS ATUANTES

CARGAS FUNCIONAIS

PRÉDIO


PONTES

CAIS E PIERS

SILOS

CARGAS AMBIENTAIS

AÇÃO GRAVIDADE

AÇÃO ÁGUA

AÇÃO VENTO

AÇÃO SISMOS

08

INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA

ANALISA COMBINAÇÃO DIVERSAS CARGAS

SOLICITAÇÕES RESULTAM DA VARIABILIDADE CARGAS ATUANTES



SOLICITAÇÃO CARACTERÍSTICA & SOLICITAÇÃO CÁLCULO

0

x

fdp


mS

S

SK = mS + 1,645. sS

k %


Sk

vS= sS / mS

sS

09

A CURVA DE SOLICITAÇÃO É REDUZIDA À LINHA RETA !

gS= Sk/mS

S

mS = Sk

vS = 0

NBR 8681:2003

S

mS

gS = 1,0

Sd

gf

SOLICITAÇÃO DE CÁLCULO

10

NBR8800:2008 Projeto de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edifícios

Valor de cálculo

= gf . Sk

Valor caraterístico

Sk = solicitação característica

Variabilidade resistência materiais

ARGILAS

VARIABILIDADE RESISTÊNCIA MATERIAIS

AREIAS


MADEIRA

Eucalipto citriodora



11

10%

25%

30%

95%

8%

29%

14%

35%

59%98%

25%

15%

4%

8%

Peso específico

Ângulo atrito

Rigidez

Peso específico

Ângulo atrito

Rigidez

fcm

0

sc

0

ABNT NBR 12655:2006. Concreto de cimento Portland

Preparo, controle e recebimento – Procedimento

Projeto não especifica valor fcm correspondente ao fck adotado



0

vR = sc / fcm

0

k %

fck = ( fcm– a . sc )

fck

0

a=fck/fcm

fck

gR= fcm/ fck

fck

fcm

sc

RESISTÊNCIA CONCRETO

12

ESTÁDIO III

CONCRETO


ESTÁDIO II

vR = (gR-1)/(aR.gR)



RESISTÊNCIA ESTRUTURAL CONCRETO IN SITU

13

Concreto in situ NÃO é igual ao concreto da betoneira !!

JÓIA, L.A. – Modelo estatístico para cálculo do fator de segurança global de estaqueamentos. Dissertação mestrado – COPPE/UFRJ -1981

Thomaz, E.C.S. Fissuração: casos reais. (IME), Rio de Janeiro. 2003,2019



FUSTE

fck,betoneira ≠ fck,in situ

Concreto in situ

só é igual ao lançado

na

seção da ponta

CONCRETO: Controle regular sR = 3/5.fcm→ vR=0,24 gR=1,67



0

gR

fcm

vR = sc / fcm

gR = fcm/fck

fck

Área = k %

39

CONCRETO: Controle rigoroso sR = 3/4.fcm → vR=0,15 gR=1,33

CONCRETO: Controle razoável sR = 2/3.fcm→ vR=0,20 gR=1,50

PONTA

fck,betoneira ≈ fck,in situ

Variabilidade resistência sistema



gf

gR

fck ,geot

fcm,geot

fcd,geot

sadm,geot

geotécnico

gm

RESIST. GEOTÉCNICA

RESISTÊNCIA ESTRUTURAL E GEOTÉCNICA

14

fdp


x

0

FSg

gc

fck

gR betoneira

fcm

CONCRETO BETONEIRA

gR betoneira

fcm

gf


sadm,estrut

gc betoneira

fcd

betoneira

fck

Área =5%

CONCRETO BETONEIRA

A curva de resistência concreto in situ não é determinada na execução

CONCRETO IN SITU ???

CONCRETO ESTACAS MOLDADAS IN SITU

15

CURVA RESISTÊNCIA ESTRUTURAL CONCRETO IN SITU

CONTROLE: EXTRAÇÃO CORPOS PROVA E REALIZAÇÃO ENSAIOS RESISTÊNCIA

VARIABILIDADE RESISTÊNCIA MATERIAL DEPENDE CONTROLE “IN SITU”

16

Fatores de segurança

Fator de confiabilidade

Probabilidade ruína

x

y

0



Solicitação

Pontos Rj e Si

definem

fator segurança Fij

Fi,j

Si Rj

FATOR DE SEGURANÇA RELACIONA

PONTO CURVA S & PONTO CURVA R

FATOR SEGURANÇA

Resistência

vR = sR/mR

FS = mR/mS

17

vS = sS/mS

mR

sR

Carga ruptura

mS

sS

Carga trabalho

Rk

gR

Área = 5 %

gS

Sk

EVOLUÇÃO FILOSOFIA FATORES SEGURANÇA

0

x

fdp


mR

vR

n



FSg

Rd

gm

Sk=mS

gS = 1

FS,tradic

= 0


mS = Sk

18

Método valor de cálculo

Sd ≤ Rd

Rd = Rk /gm

Método século 19 (Rankine)

mR > mS

FS = mR/mS

Método tradicional

Padm= mR /FS,tradic

Sk ≤ Padm

≤ Padm

FS

mS

vS

Método valor característico



Sk ≤ Padm

Padm = Rk / FSg

≤ Padm

Método ruptura

Rk ≥ Sk.n

≥ Sk.n

gf

Sd ≤

NB1 NB2 NB51 EB3/67

Década 1970

FATOR SEGURANÇA

RUPTURA

n

gR

ESTÁDIO III

PONTOS

R5% - S?%

MANUAL ENGENHARIA CIVIL RANKINE

SÉCULO XIX

FATOR SEGURANÇA

GLOBAL

FS

ESTÁDIO I

PONTOS

R50% - S50%

NB1 NB2 NB51

Década 1960

FATOR SEGURANÇA TRADICIONAL

FS,trad

gS

ESTÁDIO II

PONTOS

R50% - S?%

NBR 6118 NBR 6122 LRFD

Década 1990

MARGEM

SEGURANÇA

vS vR b pf

PROBABILIDADE RUÍNA

CURVAS

R- S

JCSS

CÓDIGOS NACIONAIS

SÉCULO XXI

MATRIZ RISCO

vS vR b risco

IMPACTO

DURABILIDADE

CURVAS

R- S

NBR 6118 NBR 6122 EC7

Década 1980

FATOR SEGURANÇA PARCIAL

gf gm y

VALOR DE

PROJETO

PONTOS

R5% - S?%

REFERÊNCIA

PERIODO

TÓPICO

PARÂMETRO

FILOSOFIA

RELAÇÃO

RESUMO HISTÓRICO : SEGURANÇA → CONFIABILIDADE → RISCO

19

NUNES MELLO VARGAS

L CARNEIRO NORONHA TELEMACO

HANSEN VASCONCELOS FUSCO

RANKINE

MARGEM DE SEGURANÇA

R > S

S/S

1

R/S

FS

R > S

R-S

S-S

0

y

0



M

R

mR

S

mS

20

x = (R-S)



mM

M = (R – S)

pf = ÁREA < 0

DOGMA FATOR SEGURANÇA

FATOR CONFIABILIDADE ⇒ PROBABILIDADE RUÍNA

mM = b . sM

x = (R,S,M)

y

0

mM

mM = mR - mS



mM

sM

sM = √ sR2 + sS2- 2.r.sR.sS



21

mM = mR - mS

sM = √ sR2 + sS2- 2.r.sR.sS

pf = 1- DIST.NORM ( b ; 0 ; 1 ; verdadeiro)

mR

R



S

mS

pf

M< 0

pf = DIST.NORM ( 0 ; mM ; sM ; verdadeiro )

PROBABILIDADE RUÍNA

MARGEM

SEGURANÇA



M = ( R - S )

FATOR CONFIABILIDADE

b = mM / sM = 1/vM

b . sM

 fR (x). dx

-∞

x

FR(x)=



fR (x)

FR (x)


. fS (x)

mS

fS (x)


x

pdf


O

y

0

mR

DEFINIÇÃO PROBABILIDADE DE RUÍNA

CONVOLUÇÃO CURVAS R + S

-∞

-∞



x

+∞

  fR (x). fS (x).dx2



pf =

22

ponto curva pf



x

pf = 

-∞

+∞



.dx

pf

INTERPRETAÇÃO SUBJETIVA PROBABILIDADE RUÍNA

P(A/B)

P(A)

Probabilidades a priori



P(A)

P(Ac)

(P(B/A)

(P(B/Ac)

P(B/A)

Probabilidades condicionais



P(B/A) = verossimilhança v %

P(A) = probabilidade 50% verossimilhança

Probabilidade verossimilhança v %



Probabilidade de ruína frequencista  P(A) = pf

PREMISSA FÓRMULA BAYES

P(A/B) = P(A) se a verossimilhança v = P(B/A) = 50%

23

Risco geotécnico



OBJETIVO

MINIMIZAR

CUSTO TOTAL

$$$

CUSTO TOTAL = CUSTO CONSTRUÇÃO + CUSTO RUÍNA

Custo ruína

Custo ruína



Custo construção

Custo construção

ANÁLISE RELAÇÃO ENTRE

FATOR SEGURANÇA E CUSTO RUÍNA

OBJETIVO ANÁLISE SEGURANÇA E CONFIABILIDADE

24

pf = probabilidade ruína

v = vulnerabilidade

C = consequências ruína



CUSTO RUÍNA

Custo ruína = pf . v . C

CUSTO RUÍNA

25

RISCO DE RUÍNA É PARCELA DO CUSTO OBRA

Risco ruína depende de 3 fatores independentes

(valor baixo de um único fator não significa que o risco é baixo)

- Valor alto de probabilidade de ruína não implica, necessariamente, em risco elevado

- Custo consequências materiais elevadas não implica, necessariamente, em alto risco

- Vulnerabilidade alta não implica, necessariamente, em risco elevado

- Probabilidade de ocorrência de erro humano é imprevisível e a maior causa de ruínas

- Custo consequências humanas e ambientais implica, necessariamente, em alto risco



Premissas

- Quem corre risco é o dono da obra que é protegido pelo Código Defesa Consumidor



Custo total = Custo direto obra + Custo ruína

r = custo total/custo obra (JCSS, 2001)

26

Custo ruína = pf x vulnerabilidade x custo consequências ruína



VULNERABILIDADE DEPENDE GEOMETRIA SISTEMAS

VULNERABILIDADE DEPENDE GRAU HIPERESTATICIDADE DO SISTEMA ESTRUTURAL

PROBABILIDADE RUÍNA DIMINUI COM MAIOR CONTROLE DO PROJETO E DA EXECUÇÃO

27

FATOR DE VULNERABILIDADE

MESA REDONDA ABMS-NRPRSC - "A Contribuição da Engenharia Geotécnica para

Redução do Custo do Seguro de Acidente de Obra.“ - Curitiba/Joinville - (2014)

(Prof. Eduardo Dell’Avanzi - UFPR)

28

INTERRELAÇÃO SEGURANÇA E RISCO

 

 



 

 

29

 

FS b


vR vS

FS2 ( b2 vR2 – 1 ) + 2.FS + b2 vS2 -1 = 0

VARIABILIDADE R & S COMANDA SEGURANÇA /RISCO

vR = 50% / b = 2 / pf = 1/44

Aplicação prática

DETERMINAÇÃO VARIABILIDADE RESISTÊNCIA

- Provas de carga estáticas (NBR 6122:2019)

- Ensaios carregamento dinâmico diversos (EC7)

- Métodos empíricos baseados em ensaios de campo (NBR 6122:2019)



Determinação (Rse)méd e Rk

30

gR = (Rse)méd / Rk

 f (x , n)

Rk

Área =5%

Rk = mín[ (Rse)méd /x(i) ; (Rse)mín /x(i+1) ]

PREVISÃO CURVA RESISTÊNCIA SONDAGEM

fdp


x

0

(Rse)mín

(Rse)méd

O conjunto de valores Ri dentro do volume de solos a ± 1 metro da superfície resistente determina a curva de resistência do estaqueamento.

31

gm

Rd

vR = sR / (Rse)méd

sR = [(Rse)méd – Rk ] /1,645

RESISTENCIA METODO AOKI VELLOSO

RESISTÊNCIA / SOLICITAÇÕES ⇒ ISE / SEGURANÇA / RISCO

32

CARGA ADMISSÍVEL PROJETO 1.000 kN

GEOTECNIA: SONDAGEM

GEOLOGIA : PEDON



PEDON, menor unidade ou volume tridimensional que contém todos os horizontes do tipo particular de solo, na vertical da superfície do solo até a base rochosa.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Pedon



USP/UFRJ/UERJ/UFRGN

MÉTODO AOKI-LOPES INTEGRAÇÃO NUMÉRICA EQUAÇÕES MINDLIN + MEF/MEC

GEOTECNIA: SONDAGEM

PROFUNDIDADE

21 ± 1 m

Variabilidade resistência sistema



ANÁLISE PROVAS CARGA ESTÁTICAS

33

RESULTADOS PROVAS DE CARGA ADICIONAIS

34

Controle e intervenção


CONTROLE COM E SEM INTERVENÇÃO NA EXECUÇÃO


CONTROLE IN SITU E RESISTÊNCIA GEOTÉCNICA

INTERVENÇÃO QUANDO RESISTÊNCIA GEOTÉCNICA É ATINGIDA DURANTE A EXECUÇÃO



COEFICIENTE vR VARIAÇÃO RESISTÊNCIA DEPENDE DO CONTROLE COM E SEM INTERVENÇÃO

35

EXECUÇÃO ALTERA GEOMETRIA E REOLOGIA MATERIAIS ESTRUTURAIS/GEOTÉCNICOS

ESTACAS CRAVADAS: CONTROLE ABRANGENTE COM MEDIDA RESISTÊNCIA

ESTACAS ESCAVADAS: CONTROLE NÃO ABRANGENTE DA RESISTÊNCIA



VARIABILIDADE DIMINUI COM INTERVENÇÃO DURANTE EXECUÇÃO

RESISTÊNCIA EOD / (S+D) / PDA / SETUP / ENSAIOS DIET

vR = 7%

339


CONTROLE E INTERVENÇÃO ESTACA TUBULAR AÇO

36

DIET


(EOD)

https://www.poli.usp.br/evento/cics-talks-inovaca-em-fundacoes-com-estaca-metalica-pesquisa-e-resultados

CICS TALKS – Inovação em Fundações com estaca metálica: Pesquisa e resultados - 22 de julho 2020 Apresentação do Eng. Nelson Aoki

CONTROLE ABRANGENTE MEDIDA RESISTÊNCIA CONTÍNUA NA CRAVAÇÃO



37

https://www.poli.usp.br/evento/cics-talks-inovaca-em-fundacoes-com-estaca-metalica-pesquisa-e-resultados

CICS TALKS – Inovação em Fundações com estaca metálica: Pesquisa e resultados - 22 de julho 2020 Apresentação do Eng. Nelson Aoki

VARIABILIDADE RESISTÊNCIA ESTACA CONCRETO

ESCAVADA ÔMEGA

0,25

CRAVADA PROTENDIDA



0,31

CRAVADA CENTRIFUGADA

0,01

0,03


0,10

0,19


0,07

0,22


0,10

Conclusão



 EXISTE RELAÇÃO ALGÉBRICA ENTRE VARIÁVEIS (VS , VR) & (FS , b)

 CDC OBRIGA ENGENHEIRO INFORMAR À SOCIEDADE O RISCO DA FUNDAÇÃO

 VARIABILIDADE R & S (vR & vS ) DETERMINAM PROBABILIDADE DE RUÍNA



FATOR DE SEGURANÇA TRADICIONAL NÃO MEDE O RISCO DA FUNDAÇÃO
  • RUÍNAS POR ERROS HUMANOS (IMPERÍCIA, IMPRUDÊNCIA OU NEGLIGÊNCIA)

  • SÃO IMPREVISÍVEIS E PODEM SER OBJETO DE SEGURO PESSOAL

JULGAMENTO RISCO GEOTÉCNICO FREQUENCISTA E SUBJETIVO (BAYESIANO)

ATIVIDADE MULTIDISCIPLINAR REQUER INTERAÇÃO ENTRE ESPECIALISTAS

38
  • INTERAÇÃO SOLO ESTRUTURA COMANDA RISCO SEGURANÇA EM FUNDAÇÕES

CONCLUSÕES

APOIADORES
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