MEC sadsadsad asdsad, Esquemas de Engenharia Civil

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Cálculo Automático de Fundações

Superficiais de Acordo com os Eurocódigos

JOSÉ GUILHERME ROCHA VAZ FRANCISCO

novembro de 2016

CÁLCULO AUTOMÁTICO DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS DE ACORDO COM OS EUROCÓDIGOS JOSÉ GUILHERME ROCHA VAZ FRANCISCO Orientador: José Filinto Castro Trigo Supervisor: Adriano Alves de Sousa da Costa Lopes (SE2P) OUTUBRO DE 2016 Relatório de Estágio submetido para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL – RAMO DE ESTRUTURAS

iii ÍNDICE GERAL Índice Geral .................................................................................................................................................. iii Resumo .......................................................................................................................................................... v Abstract ....................................................................................................................................................... vii Agradecimentos ........................................................................................................................................... ix Índice de Texto ............................................................................................................................................. xi Índice de Figuras.......................................................................................................................................... xv Índice de Tabelas ........................................................................................................................................ xix 1 Introdução ............................................................................................................................................. 1 2 Enquadramentos Regulamentares Internacionais................................................................................ 5 3 Dimensionamento de Fundações Superficiais de Acordo com os Eurocódigos ................................. 59 4 Desenvolvimento de uma Folha de Cálculo em Excel/VBA .............................................................. 149 5 Desenvolvimento do Modelo BIM .................................................................................................... 169 6 Aplicação do Processo Desenvolvido a Caso Prático do Portfólio da SE2P ...................................... 175 7 Considerações Finais ......................................................................................................................... 187 Referências Bibliográficas ........................................................................................................................ 189

vii ABSTRACT The present document intends to describe the works developed during the internship fulfilled at the company SE2P, as part of the Academic Course DIPRE, of the Master’s Degree in Civil Engineering of ISEP. It is based on the development of a process for the automatic calculation of shallow foundations, specifically of spread footings, according to the Eurocodes and incorporating, in detail, the analysis of the provisions relative to their Geotechnical and Structural Projects. This process was developed in Excel based on VBA programming. It also includes the study of several international standards with regard to this matter, namely of countries like Colombia, Brazil, South Africa and United States of America. Account is also made to the detail of a process developed with Dynamo software to the automatic creation of BIM models of the footings solutions and their inclusion in the structural Revit model. Finally, all the developed processes are applied to a Project from SE2P’s portfolio. Keywords: automatic calculation, shallow foundations, spread footings, Eurocodes, international standards, Geotechnical and Structural Projects, BIM models

ix AGRADECIMENTOS Ao Eng.º Adriano Lopes pelo desafio lançado e pelo acolhimento na sua empresa. Ao Professor Eng.º José Filinto Trigo por toda a orientação, disponibilidade e compreensão. A toda a equipa da SE2P por todo o conhecimento e apoio transmitido. A todos os colegas de curso e amigos mais próximos que me apoiaram durante este percurso. Em especial aos meus pais que tornaram tudo possível e cujo apoio e dedicação são impossíveis de descrever.

ÍNDICE DE TEXTO

xv

xix

• 1 Introdução ÍNDICE DE TEXTO
  • 1.1 Enquadramento Geral....................................................................................................................
  • 1.2 Enquadramento da Empresa
  • 1.3 Objetivos
  • 1.4 Estrutura do Relatório
• 2 Enquadramentos Regulamentares Internacionais................................................................................
  • 2.1 Introdução......................................................................................................................................
  • 2.2 Brasil
    • 2.2.1 Ações e segurança
    • 2.2.2 Projeto geotécnico................................................................................................................
    • 2.2.3 Projeto estrutural
  • 2.3 Colômbia
    • 2.3.1 Requisitos gerais
    • 2.3.2 Cargas
    • 2.3.3 Projeto geotécnico................................................................................................................
    • 2.3.4 Projeto estrutural
  • 2.4 África do Sul
    • 2.4.1 Bases para o dimensionamento estrutural
    • 2.4.2 Projeto geotécnico................................................................................................................
    • 2.4.3 Projeto estrutural
  • 2.5 Estados Unidos da América
    • 2.5.1 Requisitos gerais
    • 2.5.2 Projeto geotécnico xii
    • 2.5.3 Projeto estrutural
• 3 Dimensionamento de Fundações Superficiais de Acordo com os Eurocódigos
  • 3.1 Introdução
  • 3.2 Os Eurocódigos.............................................................................................................................
  • 3.3 Bases para o projeto de estruturas – EC0
  • 3.4 Projeto geotécnico
    • 3.4.1 Dimensionamento geotécnico de fundações superficiais segundo o EC7
    • 3.4.2 Dimensionamento geotécnico de fundações superficiais segundo o EC8-
    • 3.4.3 Investigações geotécnicas e ensaios segundo o EC7-
  • 3.5 Projeto estrutural
    • 3.5.1 Bases para o projeto estrutural
    • 3.5.2 Verificação da segurança à flexão
    • 3.5.3 Verificação da segurança ao esforço transverso
    • 3.5.4 Verificação da segurança ao punçoamento
    • 3.5.5 Disposições construtivas relativas a armaduras
• 4 Desenvolvimento de uma Folha de Cálculo em Excel/VBA...............................................................
  • 4.1 Introdução
  • 4.2 Programação VBA e a Interligação com o Software Robot Structural Analysis
  • 4.3 Organização e Conteúdos
    • 4.3.1 Folhas Principais
    • 4.3.2 Folhas Secundárias
• 5 Desenvolvimento do Modelo BIM
  • 5.1 Introdução
  • 5.2 Programação Visual e Modelação Paramétrica (Dynamo)
  • 5.3 Workflow: Excel - Dynamo – Revit
• 6 Aplicação do Processo Desenvolvido a Caso Prático do Portfólio da SE2P.......................................
  • 6.1 Introdução.................................................................................................................................. xiii
  • 6.2 Descrição Geral
  • 6.3 Caracterização geológico-geotécnica
  • 6.4 Considerações de Projeto
  • 6.5 Aplicação da Folha de Cálculo....................................................................................................
  • 6.6 Inclusão das Soluções no Modelo BIM
• 7 Considerações Finais
  • 7.1 Conclusões
• Figura 2.1 – Fundações próximas, mas em cotas diferentes (NBR 6122 [2]) ÍNDICE DE FIGURAS
  • concêntrico (SANS 10160- 5 [7]) Figura 2.2 - Resistência de sapatas sob argilas em condições não-drenadas para carregamento vertical e
  • para carregamento vertical e concêntrico, de acordo com a posição do nível freático (SANS 10160- Figura 2.3 - Resistência de dimensionamento de sapatas sob solo não coesivo em condições drenadas
  • [7])
• Figura 2.4 – Folgas para posicionamento de fundações face a taludes (IBC [8])
• Figura 3.1 – Efeito do nível freático Caso 1 (adaptado de Xiao e Barreto [16])
• Figura 3.2 – Efeito do nível freático Caso 2 (adaptado de Xiao e Barreto [16])
  • (para assentamentos que não excedam 0,5% da largura da fundação) (EN 1997- 1 [12]) Figura 3.3 – Capacidade resistente presumida do terreno de fundações superficiais quadradas em rocha
• Figura 3.4 – Sapata centrada (Trigo [15])
• Figura 3.5 – Distribuição linear de tensões na base da sapata em flexão composta (Trigo [15])..............
• Figura 3.6 – Área efetiva de uma sapata isolada (adaptado de Bond e Harris [18])..................................
• Figura 3.7 – Distribuição de tensões na base da sapata em flexão desviada (adaptado de Trigo [15])
• Figura 3.8 – Sapata excêntrica (adaptado de Trigo [15])
• Figura 3.9 – Sapata excêntrica com elemento horizontal de travamento (Trigo [15])
• Figura 3.10 – Diagramas de tensão-deformação (adaptado de EN 1997- 2 [13]).....................................
  • (Fardis et al. [24]) Figura 3.11 – Superfície das cargas últimas para a capacidade resistente ao carregamento de sapatas
• Figura 3.12 – Ensaio SPT (Xiao e Barreto [16])
• Figura 3.13 – Amostrador (adaptado de Ameratunga et al. [26])............................................................
• Figura 3.14 – Vários tipos de equipamentos CPT e CPTu (Ameratunga et al. [26])
• Figura 3.15 – Componentes do piezocone (CPTu) (Ameratunga et al. [26]) xvi
• Figura 3.16 – Seções de encastramento das abas de uma sapata (adaptado de Félix e Trigo [28])
• Figura 3.17 – Modelo de escoras e tirantes em sapatas (Félix e Trigo [28])
• Figura 3.18 – Secções de avaliação da segurança ao esforço transverso (Félix e Trigo [28])
• Figura 3.19 – Esforço de punçoamento de sapatas em flexão composta (Félix e Trigo [28])
• Figura 3.20 – Perímetro do primeiro perímetro de controlo reduzido 𝑢 1 ∗ (EN 1992- 1 [27])
• Figura 3.21 – Amarração da armadura principal em sapatas (Félix e Trigo [28]).....................................
• Figura 3.22 – Representação de condições de aderência (EN 1992- 1 [27]).............................................
• Figura 4.1 – Importação de informação do modelo Robot
• Figura 4.2 – Referencial representativo
• Figura 4.3 – Atribuição de casos de carga e de soluções de sapatas
• Figura 4.4 - Exemplo da apresentação dos coeficientes para combinação..............................................
• Figura 4.5 – Exemplo da apresentação dos esforços combinados
• Figura 4.6 – Representação de parâmetros e nomenclatura adotada.....................................................
• Figura 4.7 – Apresentação geral da folha “Definição de Parâmetros”
• Figura 4.8 – Orientação e referencial base (adaptado de Trigo [15])
• Figura 4.9 – Apresentação geral da folha “Otimização”
• Figura 4.10 – Apresentação geral da folha “Orçamentação”
• Figura 4.11 – Apresentação geral da folha “GEO – Método Analítico AC1”
• Figura 4.1 2 – Apresentação geral da folha “Assentamentos”
• Figura 5.1 – Criação de uma linha no Dynamo
• Figura 5.2 – Propriedades do pilar ( Revit )
• Figura 5.3 – Processo de criação dos modelos de sapatas em Dynamo
• Figura 6.1 – Centro Escolar – Situação existente (fonte: SE2P)................................................................
• Figura 6.2 – Centro Escolar – Após requalificação e ampliação (fonte: SE2P)
• Figura 6.3 – Localização de juntas de dilatação e identificação dos corpos (fonte: SE2P)
• Figura 6.4 – Localização em planta das sondagens realizadas no local (fonte: SE2P)..............................
• Figura 6.5 – Representação do modelo estrutural do Corpo xvii
• Figura 6.6 – Casos de carga
• Figura 6.7 – Informação das barras associadas aos nós...........................................................................
• Figura 6.8 – Propriedades geotécnicas definidas no cálculo....................................................................
• Figura 6.9 – Soluções de sapatas consideradas no cálculo
• Figura 6.10 – Verificação geotécnica pelo Método Analítico – Abordagem de Cálculo
• Figura 6.11 – Verificação das disposições relativas a armaduras
• Figura 6.12 – Verificação estrutural
• Figura 6.13 – Condições admitidas e valores orçamentados
• Figura 6.14 – Vista geral do Corpo 2 ( Revit )
• Figura 6.15 – Vista geral do Corpo 2 com inclusão das soluções de sapatas ( Revit )
• Tabela 2.1 – Valores dos fatores de combinação e de redução (NBR 8681 [1]) ÍNDICE DE TABELAS
  • 6122 [2]) Tabela 2.2 – Fatores de segurança e coeficientes de minoração para solicitações de compressão (NBR
• Tabela 2.3 – Classes de agressividade ambiental (CAA) (NBR 6118 [3])
• Tabela 2.4 – Correspondência entre a classe de agressividade ambiental e 𝑐𝑛𝑜𝑚 (NBR 6118 [3])
• Tabela 2.5 – Coeficientes de ponderação 𝛾𝑓 = 𝛾 1 𝛾 3 (NBR 6118 [3])
• Tabela 2.6 – Valores dos coeficientes 𝛾𝑐 e 𝛾𝑠 (NBR 6118 [3])
• Tabela 2.7 – Fatores de Segurança Básicos Mínimos (NSR- 10 [4])
• Tabela 2.8 – Classificação das unidades de construção por categorias (NSR- 10 [4])
• Tabela 2.9 – Número mínimo de sondagens e profundidade (NSR- 10 [4])
• Tabela 2.10 – Fatores de segurança indiretos mínimos 𝐹𝑆𝐼𝐶𝑃 (NSR- 10 [4])
• Tabela 2.11 – Valores máximos de assentamentos diferenciais (NSR- 10 [4])
• Tabela 2.12 – Fatores de combinação para ações variáveis não correlacionadas (SANS 10160- 1 [6])
• Tabela 2.13 – Fatores parciais para as ações no Estado Limite Último (SANS 10160- 1 [6])
• Tabela 2.14 – Fatores parciais para os parâmetros do solo, 𝛾𝑀 (SANS 10160- 5 [7])
• Tabela 2.15 – Valores presumidos da capacidade resistente ao carregamento (IBC [8])..........................
• Tabela 2.16 – Fatores de redução de resistência 𝜙 (ACI 318- 14 [9])
• Tabela 3.1 – Valores recomendados para os coeficientes 𝜓 para edifícios (EN 1990 [10]).......................
• Tabela 3.2 - Coeficientes parciais para as ações ou para os efeitos das ações (EN 1997- 1 [12])
• Tabela 3.3 – Coeficientes parciais para os parâmetros do solo (EN 1997- 1 [12])......................................
• Tabela 3.4 – Coeficientes parciais para as capacidades resistentes de fundações superficiais (EN 1997-
  • [12])