Guia para elaboração de Projetos

Guia para elaboração de Projetos

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MACCAFERRI DO BRASIL LTDA. 2/22

Desenvolvimento de Projetos com Mac.S.T.A.R.S. 2

O programa MacS.T.A.R.S®

O programa MACSTARS® 2000 foi desenvolvido para verificação de estabilidade de solos reforçados, isto é, estruturas que conferem estabilidade de taludes usando unidades de reforço capazes de absorver as tensões de tração. Além de permitir a analise de estruturas de contenção à gravidade usando o mesmo princípio. O programa permite conduzir as verificações de estabilidade usando o Método do Equilíbrio Limite também considerando taludes não reforçados. DEFINIÇÕES BÁSICAS (ver fig.1)

Figura 1 – Definições básicas

Talude original Perfil de solo original, antes da instalação das unidades de reforços projetadas. Estrutura de contenção Seqüência de estruturas reforçadas chamadas de blocos, um talude pode consistir de uma ou mais estruturas reforçadas; a estrutura reforçada pode ser coberta superficialmente com solo de aterro. Aterro de cobertura Perfil de solo parado sobre a estrutura de contenção que junta um bloco reforçado a uma parte superior ou junta a estrutura de contenção ao talude natural. Bloco Elemento estrutural reforçado que consiste no maciço estrutural, nas unidades de reforço e o solo de aterro. Aterro estrutural Solo usado no bloco de reforço, distribuído em camadas entre as unidades de reforço, compactado mecanicamente para melhorar suas características mecânicas e de resistência. Solo de aterro Camada de solo usada para preencher os espaços entre o bloco reforçado e o talude original. Unidades de reforço Elemento de reforço resistente à tração, instalado em camadas horizontais com o intuito de melhorar as propriedades do solo. Pode ser utilizado como reforço principal ou secundário. Paramento frontal (Muro de fechamento) Face livre do bloco. Comprimento do envelopamento Parte da unidade do reforço estendida da face frontal superior até o solo de aterro com um comprimento de 0.50 a 1.00 m.



Comprimento de ancoragem Comprimento de reforço atrás da superfície de falha.

1.0 Interface do programa

O ambiente utilizado pelo MacStars 2000 é um ambiente Windows, amigável e de fácil manuseio, onde apresenta um menu principal similar aos programas do Office (Word, Excel, PowerPoint, etc.) que dará as opções de partida ao usuário. 2.0 Inserindo dados 2.1 Iniciando um arquivo

No menu ARQUIVO escolha a opção NOVO para começar um novo trabalho.

2.2 Escolhendo uma Norma

Sempre que um novo trabalho for iniciado será aberta uma janela onde será mostrada uma lista para SELECÃO DAS NORMAS. Essa opção permite ao usuário escolher uma das opções de norma prevista na base de dados do MacStars 2000, entre elas a British Standard 8006 que é a principal norma conhecida para análise de estruturas em solo reforçado. Ao escolher uma norma, deve-se estar ciente que as mesmas são regidas por fatores de segurança parciais, ou seja, para cada parâmetro de entrada, como solo, reforço, carga, haverá um fator multiplicador que incrementará o valor desses parâmetros. Por esse motivo aconselha-se que ao optar por trabalhar com uma dessas normas, esteja com a



mesma em mãos, pois também será pedido ao usuário o nível de servicibilidade ou categoria que a estrutura deverá ser enquadrada. O mais comum é que se opte pela opção NENHUM, que fará com que a estrutura analisada esteja submetida apenas aos carregamentos impostos a ela pelo usuário. Dessa forma será feita uma análise de equilíbrio limite, segundo o método escolhido pelo usuário e o fator de segurança obtido será a relação entre as forças estabilizantes e instabilizantes as quais a estrutura estará submetida.

Nos exemplos a seguir, utilizaremos a opção NENHUM. 2.3 Tela de trabalho Ao selecionar a norma a qual estará submetida à estrutura, será apresentada uma janela em branco com descrição de um plano de coordenadas cartesianas e uma legenda a ser preenchida.



3.0 Modelagem de talude A seguir, o seguinte trabalho será modelado e verificado quanto à sua estabilidade frente às cargas aplicadas.

3.1 Propriedades do solo O primeiro passo para a modelagem de uma estrutura, é a inserção das propriedades e camadas de solo existentes.

Ao clicar em DADOS DE ENTRADA, PROPIEDADES DOS SOLOS, a seguinte janela surgirá na tela: Onde: Nome: código mostrado na legenda para identificar o solo; Descrição: texto que descreve o solo analisado; (opcional) Parâmetros necessários para o cálculo dos assentamentos: esta opção permite abrir uma nova janela, onde o usuário deve descrever os parâmetros de deformação do solo; Cor: essa opção permite selecionar a cor que será usada na representação gráfica do solo; Coesão: valor da coesão em kPa; (tensão) Ângulo de atrito: valor do ângulo de atrito interno do solo expresso em graus (°); Ru: constante de poropressão; Fator multiplicador para o ângulo de atrito: permite selecionar no menu de rolagem a classe do multiplicador que será utilizada pelo ângulo de atrito; (Apenas se houver uma Norma) Peso específico: permite escrever o peso específico em condições naturais (acima do nível d’água) ou em condições de completa saturação (abaixo do nível d’água); Fator multiplicador (para o peso específico): permite selecionar no menu de rolagem a classe do multiplicador que será utilizada pelo peso específico; (Apenas se houver uma Norma)



Os seguintes materiais serão utilizados nesse projeto: - Argila arenosa Coesão = 35 kPa Ângulo de atrito = 18o Peso específico natural = 18 kN/m3

Peso específico saturado = 19 kN/m3

- Argila siltosa Coesão = 20 kPa Ângulo de atrito = 24o Peso específico natural = 19 kN/m3


- Silte arenoso Coesão = 20 kPa Ângulo de atrito = 26o Peso específico natural = 19 kN/m3


- Areia média Coesão = 5 kPa Ângulo de atrito = 28o Peso específico natural = 18 kN/m3


- Pedra Coesão = 10 kPa Ângulo de atrito = 40o Peso específico natural = 26 kN/m3


3.2 Geometria das camadas Após definidas as características de solo, devem ser definidas então a geometria das camadas existentes.

Ao clicar em DADOS DE ENTRADA, GEOMETRIA DAS CAMADAS, a seguinte janela surgirá na tela: Onde: Camada: código mostrado no relatório para identificar o solo; Descrição: texto que descreve a geometria; (opcional) Horizonte de rocha: quando esta opção for selecionada, significa que a geometria inserida é um horizonte de rocha; Solo: código de indicação do solo da geometria inserida; Tabela das coordenadas X: valor da abscissa; Y: valor da ordenada;



As seguintes camadas serão consideradas nesse projeto:

- Camada 1 Solo: Argila Siltosa - Camada 3

Solo: Silte Arenoso

- Camada 2 Solo: Areia Média - Camada 4 Solo: Argila Arenosa

As coordenadas acima descritas definem a seguinte estrutura de solo:

3.3 Superfície piezométrica Pode também ser considerada a presença de água no solo, através da consideração da superfície piezométrica.



3.4 Cargas O programa Mac.S.T.A.R.S. realiza a verificação de estruturas sujeitas às ações concentradas, distribuídas, provenientes da ação de tirantes e de ação sísmica.

Nesse exemplo consideraremos a ação de uma carga distribuída de 20 kPa, da abscissa 65 m até a 95m.

4.0 Análise de estabilidade Para um talude não reforçado, como o ilustrado neste exemplo, deve ser realizada sua verificação quanto à estabilidade global.



Para a realização da verificação da estrutura quanto à estabilidade global, devem ser selecionadas as seguintes opções:

Tipo de Superfície:

Circular - Poligonal randômica

Metodologia de cálculo

Bishop - Janbu

Intervalo para os pontos de início das superfícies - Primeira abscissa (0) - Segunda abscissa (50)

Intervalo para os pontos de fim das superfícies - Primeira abscissa (55) - Segunda abscissa (90)

Comprimento dos segmentos (1) Numero de superfícies a analisar (1000) Ângulo limite à esquerda (0) Ângulo limite à direita (0) Numero de pontos iniciais (100)

Onde:

Método de cálculo: Esta seleção fornece o comportamento das unidades de reforços; rígido ou deformável Superfície: define o tipo de superfície; (circular ou poligonal randômica) Janbu ou Bishop: este botão ativa o método de cálculo selecionado; (a opção Bishop pode ser selecionada apenas no caso de superfície circular) Intervalo para os pontos de início das superfícies Par de coordenadas X que definem a seção geométrica onde as superfícies potenciais de deslizamento iniciaram; Intervalo para os pontos de término das superfícies Par de coordenadas X que definem a seção geométrica onde as superfícies potenciais de deslizamento terminaram;

Comprimento dos segmentos: comprimento dos segmentos que formam a superfície de deslizamento; Ângulo limite a esquerda: é o ângulo (sempre positivo) que subentende a parte superior da linha horizontal imaginária que parte do ponto inicial do primeiro segmento da superfície de deslizamento; o programa considerará um valor de 5 graus se ambos os ângulos forem zero Ângulo limite a direita: é o ângulo (positivo ou negativo) que subentende a parte inferior da linha horizontal imaginária que parte do ponto inicial do primeiro segmento da superfície de deslizamento; o programa considerará um valor de -45 graus se ambos os ângulos forem zero Número de superfícies a analisar: número de superfícies de tentativas geradas; Número de pontos iniciais: número de pontos iniciais (eqüidistantes no segmento inicial) das superfícies;



Depois de selecionada a modalidade a ser analisada, deve-se então realizar o cálculo.

Neste caso, o fator de segurança encontrado foi de 0,938; o que torna a estrutura instável, ou seja, caso fosse realizada a construção considerada, o talude se romperia.

5.0 Modelagem de uma estrutura em solo reforçado A seguir ilustraremos o cálculo de uma situação onde a mesma estrutura de solo agora é contida por uma estrutura em solo reforçado. A inserção de uma contenção em solo reforçado será realizada através da janela “dados de entrada” “blocos”.

Utilizaremos nesse exemplo uma estrutura em solo reforçado tipo Terramesh , com as seguintes características:



5.1 Bloco Onde:

Bloco: código mostrado no relatório para identificar o bloco; Reforço principal Fabricante: o nome da companhia que fabrica o tipo de unidade de reforço; Família de produtos: tipo de unidade de reforço (dado a ser selecionado da lista disponível, dependendo do fabricante selecionado); Produto: nome da unidade de reforço (dado a ser selecionado da lista disponível, dependendo do tipo de fabricante e família selecionados); Comprimento do reforço: comprimento total da unidade de reforço expresso em metros (m); (sem a ancoragem superior) Espaçamento: intervalo vertical entre as unidades de reforço expresso em metros (m); para alguns modelos este dado será preenchido automaticamente Comprimento da ancoragem superior: é o comprimento da dobra sobre a unidade de reforço expresso em metros (m); para alguns modelos este dado será preenchido automaticamente Posicionado sobre o bloco: este é o campo onde o usuário tem a identificação do bloco sobre o qual poderá instalar o bloco atual; esta opção só estará ativo, caso o usuário já tenha dimensionado um bloco Inclinação do paramento: valor em graus do ângulo entre a vertical e a face frontal do bloco; (um valor igual a zero identifica um bloco com face vertical) Lado do talude: indica se o aterro do bloco será colocado a direita ou a esquerda da respectiva face do bloco; Origem do bloco: abscissa e ordenada do canto inferior esquerdo do bloco (quando orientado para a direita), ou direito bloco (quando orientado para a esquerda); se o bloco estiver sobre outro, sua origem será dada pelo canto superior esquerdo ou direito do bloco inferior Dimensões do bloco Comprimento base: o usuário deverá entrar com a largura do bloco (ao longo do eixo das abscissas); Altura: o usuário deverá entrar com a altura do bloco (ao longo do eixo das ordenadas);

5.2 Solos associados

Classe do aterro estrutural: o usuário pode selecionar o tipo de solo usado como aterro estrutural entre: pedra, areia, silte arenoso e areia argilosa. Esta seleção deverá ser efetuada a fim de permitir ao programa determinar os parâmetros de atrito entre as unidades dos reforços e o valor padrão disponível para o solo; Aterro estrutural: seleção do código que identifica o tipo de solo que será preenchido no bloco; Solo ao tardoz: seleção do código que identifica o tipo de solo entre o tardoz do bloco e o perfil do solo natural ou corte; Solo que compõe o bloco de cobertura: seleção do código que identifica o tipo de solo de cobertura;



Solo que compõe o bloco de fundação: seleção do código que identifica o tipo de solo de onde o bloco estiver apoiado; Material de enchimento dos gabiões: seleção do código que identifica o tipo de solo usado para preencher os gabiões; este campo será ativado apenas no caso de muro de contenção em gabiões ou Terramesh® System

A janela cobertura se refere ao solo de cobertura, isto é, definição do perfil de solo sobre o bloco. Ao Fornecer as coordenadas do perfil o usuário deve se referir a um sistema de coordenadas locais e considerar sua origem no canto superior do bloco (face externa); o eixo das abscissas se estenderá crescente ou decrescente dependendo da orientação do bloco (para esquerda ou direita). O último segmento do perfil deve interceptor o perfil de solo original ou de corte.

A janela perfil de escavação se refere ao solo de escavação antes da instalação do muro de contenção. Ao fornecer as coordenadas do perfil o usuário deve se referir a um sistema de coordenadas locais e considerar sua origem no canto inferior do bloco (face externa); o eixo das abscissas se entenderá crescente ou decrescente dependendo da orientação do bloco (para esquerda ou direita). O último segmento do perfil deve interceptor o perfil de solo original ou de corte.

5.3 Reforço adicional



Onde: Fabricante: o nome da companhia que fabrica o tipo de unidade de reforço; Família de produtos: o tipo de unidade de reforço (dado a ser selecionado da lista disponível, dependendo do fabricante selecionado); Modelo do produto: nome da unidade de reforço (dado a ser selecionado da lista disponível, dependendo do tipo de fabricante e família selecionados); Comprimento do reforço: comprimento total da unidade de reforço; Offset: distância vertical entre a primeira unidade de reforço e a base do bloco, isto é, a elevação relevante a base do bloco da primeira unidade de reforço; Espaçamento vertical: intervalo vertical entre as unidades de reforço; Para cada página o usuário pode fornecer 3 (três) diferentes tipos de reforços adicionais. Se o número de tipos diferentes de reforços for maior que três, quando o último reforço da página for inserido e o botão avançar for pressionado será aberta uma nova janela com a possibilidade de inserção de 3 (três) novos reforços diferentes e assim sucessivamente até que menos de 3 (três) reforços diferentes por página seja inserido.

Após a inserção do bloco acima descrito, a seguinte estrutura aparecerá na tela:

6.0 Nova análise de estabilidade

Após a inserção da estrutura em solo reforçado, verifica-se então sua estabilidade. Recomenda-se para casos como o ilustrado neste exemplo, a verificação da estrutura quanto à estabilidade global, e estabilidade interna, e que a estrutura seja analisada também como muro, onde serão verificadas sua estabilidade contra o deslizamento, tombamento e em relação à pressão na fundação.

6.1 Estabilidade Global



6.2 Estabilidade Interna Primeiramente, para a realização de um novo cálculo, deve ser realizada a inserção de uma nova janela. Clicando sobre o menu Janelas, em seguida sobre a opção Nova janela. Quando o usuário inserir uma nova janela, ele deverá alterar a escala do desenho para a mesma escala da janela anterior, utilizando o botão de teclas rápidas Escala..

Onde:

Método de cálculo: Esta seleção fornece o comportamento das unidades de reforços; rígido ou deformável Superfície: define o tipo de superfície; (circular ou poligonal randômica) Janbu ou Bishop: este botão ativa o método de cálculo selecionado; (a opção Bishop pode ser selecionada apenas no caso de superfície circular) Bloco: bloco a ser analisado; Intervalo para os pontos de término das superfícies Par de coordenadas X que definem a seção geométrica onde as superfícies potenciais de deslizamento terminaram;

Comprimento dos segmentos: comprimento dos segmentos que formam a superfície de deslizamento;



Ângulo limite a esquerda: é o ângulo (sempre positivo) que subentende a parte superior da linha horizontal imaginária que parte do ponto inicial do primeiro segmento da superfície de deslizamento; o programa considerará um valor de 5 graus se ambos os ângulos forem zero Ângulo limite a direita: é o ângulo (positivo ou negativo) que subentende a parte inferior da linha horizontal imaginária que parte do ponto inicial do primeiro segmento da superfície de deslizamento; o programa considerará um valor de -45 graus se ambos os ângulos forem zero Número de superfícies a analisar: número de superfícies de tentativas geradas;

6.3 Verificação como muro

Onde: Bloco: o usuário deve selecionar o bloco que será analisado; (o muro incluirá todos os blocos sobrepostos ao bloco selecionado) Pressão limite na fundação: valor da pressão última (pressão de ruptura) na base do bloco analisado; Um valor nulo para este parâmetro, automaticamente rodará o cálculo da capacidade de suporte da fundação sem solicitar dados adicionais



7.0 Relatório Com todas as janelas calculadas é possível gerar um arquivo de Word com o resumo de todas as análises e os parâmetros utilizados.

8.0 Utilizando o Auto Cad Exemplo: ESTRUTURA MODELADA NO AUTOCAD Agora mova toda a estrutura para as coordenadas (0,10) com o comando move.

ESTRUTURA NA COORDENADA (0,10) NO AUTOCAD Faça uma polyline contínua até o final do perfil, a partir do ponto (0,10). Com a polyline selecionada execute o comando list e copie as coordenadas cartesianas para o programa Excel. Onde o programa irá realizar a separação do texto, tornando assim melhor para copiá-lo para o MacStars.



Após copiar as coordenadas permanecendo com elas selecionadas como no figura acima, clique sobre o menu Dados e em seguida na opção Texto para colunas....



Clique na opção Delimitado, e em seguida em avançar.

Selecione as opções Espaço, Outros e na caixa ao lado de outros digite “=”, depois avançar, e concluir.



Apague os textos que não serão necessários para a configuração da geometria. No final da operação, ficará deste modo. Selecione as coordenadas e copie agora no MacStars.

Quando forem colar as coordenadas, primeiro selecione as 2 (duas) colunas (X e Y), depois cole. Caso o usuário inserir as coordenadas manualmente sem a utilização dos passos anteriores, o usuário deverá clicar 2 (duas) vezes no campo, para que o curso fique piscando.



Verifique se na opção Solo, o código de identificação do solo corresponde à geometria inserida. GEOMETRIA DEFINIDA NO MACSTARS



Caso o desenho não se encontre em uma apresentação agradável na tela, é possível alterar sua escala através do botão das teclas rápidas Escala (botão 09).

9.0 Exemplos de aplicação

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