A interaçÃo solo estrutura comanda o risco e a segurança em fundaçÕES
VARIABILIDADE SUPERFÍCIE RESISTENTE COMANDA ANÁLISE ISE
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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
RUPTURA LOCAL MATERIAL (ELS) (LIMITE INFERIOR DE RESISTÊNCIA)
Variabilidade solicitações VARIABILIDADE CARGAS ATUANTES CARGAS FUNCIONAIS PRÉDIO
PONTES CAIS E PIERS SILOS
AÇÃO GRAVIDADE AÇÃO ÁGUA AÇÃO VENTO AÇÃO SISMOS
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
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
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
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
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
Sk ≤ Padm Padm = Rk / FSg ≤ Padm Método ruptura Rk ≥ Sk.n ≥ Sk.n gf Sd ≤
RESUMO HISTÓRICO : SEGURANÇA → CONFIABILIDADE → RISCO 19 NUNES MELLO VARGAS L CARNEIRO NORONHA TELEMACO HANSEN VASCONCELOS FUSCO RANKINE
y
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
mM mM = mR - mS mM sM sM = √ sR2 + sS2- 2.r.sR.sS 21 mM = mR - mS sM = √ sR2 + sS2- 2.r.sR.sS
mR R S mS
M< 0
PROBABILIDADE RUÍNA MARGEM SEGURANÇA M = ( R - S ) FATOR CONFIABILIDADE b = mM / sM = 1/vM
fR (x). dx -∞ 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
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
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
- 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 EXECUÇÃOCONTROLE 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
SÃO IMPREVISÍVEIS E PODEM SER OBJETO DE SEGURO PESSOAL JULGAMENTO RISCO GEOTÉCNICO FREQUENCISTA E SUBJETIVO (BAYESIANO) ATIVIDADE MULTIDISCIPLINAR REQUER INTERAÇÃO ENTRE ESPECIALISTAS 38
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