Código: | EC0073 | Sigla: | FUND |
Áreas Científicas | |
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Classificação | Área Científica |
OFICIAL | Geotecnia |
Ativa? | Sim |
Página Web: | http://paginas.fe.up.pt/sgwww/fundacoes |
Unidade Responsável: | Secção de Geotecnia |
Curso/CE Responsável: | Mestrado Integrado em Engenharia Civil |
Sigla | Nº de Estudantes | Plano de Estudos | Anos Curriculares | Créditos UCN | Créditos ECTS | Horas de Contacto | Horas Totais |
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MIEC | 27 | Plano de estudos oficial a partir de 2006/07 | 5 | - | 5 | 60 | 133 |
JUSTIFICAÇÃO:
A temática de Fundações é uma área importante na formação dos Engenheiros Civis, particularmente os que, em projeto ou produção (Direção de Obra, Fiscalização ou pelo), lidam diretamente com estruturas. Estas cobrem empreendimentos tão diversos como edifícios, pavilhões industriais, pontes e outras estruturas especiais. Nesta disciplina, a conceção, o dimensionamento, a construção e o controlo de qualidade da fundação em função do binómio “classe do maciço – tipo de estrutura”, é tida à luz dos diferentes tipos de soluções, procurando identificar os principais condicionalismos que lhes estão associados. A importância de uma boa formação nesta área de engenharia civil advém do facto de a maioria dos danos ou avarias em edifícios e outras estruturas, serem devidos a insuficiências nas fundações. Boa parte destes problemas deve se a erros de conceção e projeto, mas outra razão substancial associa se ao desconhecimento das características dos terrenos de fundação. Tal resulta da inexistência ou insuficiência de prospeção e caracterização dos maciços envolvidos pelas mesmas, o que induz conceções e métodos de dimensionamento de fundações inadequados. O advento e consolidação de novos critérios de dimensionamento baseado em estados limites últimos e estados limites de serviço (utilização) impõem a sua adaptação às fundações, tendo como referência os procedimentos e critérios da nova regulamentação europeia expressa nos códigos estruturais. O Eurocódigo 7 faz jus destes princípios e é a base do desenvolvimento dos conceitos e aplicações práticas que se desenvolvem com os alunos de FUNDAÇÕES.
OBJETIVOS:
Assimilação de conhecimento dos tipos principais de fundações (sapatas, poços, barretas, estacas: isoladas e em grupo), suas particularidades e especificidades condicionadas pelas naturezas dos maciços. Aprofundamento dos processos de reconhecimento geotécnico e métodos de caracterização. Ensino dos princípios e metodologias de dimensionamento geotécnico e estrutural de fundações diretas e indiretas, isoladas e em grupo, solicitadas estática e dinamicamente (sismos). Conhecimento das técnicas de melhoramento de maciços e reforço de fundações. Contacto com os diferentes tipos de soluções do mercado, descrevendo os principais condicionalismos que lhes estão associados, tanto no que respeita aos métodos de execução como ao dimensionamento. Aprendizagem dos métodos de dimensionamento, na perspetiva do projeto geotécnico à luz da nova regulamentação dos Eurocódigos (EC1, EC2, EC7 e EC8-parte 5), identificando bem a segurança aos estados limites de serviço (ELS) e estados de limite últimos (ELU).
COMPETÊNCIAS E RESULTADOS DE APRENDIZAGEM:
Reconhecendo se a limitação das teorias que tratam do dimensionamento de Fundações para lidar com as inúmeras incertezas associadas a estas estruturas - muitas delas relacionadas com o conhecimento limitado das condições geotécnicas, ou seja, das características dos maciços envolvidos pelas estruturas -, a formação dos alunos não pode ser senão fortemente interativa, na procura de uma sensibilização crescente para a investigação. Mesmo quando se trata de reconhecer e quantificar a interação solo estrutura, há ainda muitas limitações e incertezas. A continuada investigação sobre estas questões leva a que os próprios valores de cálculo que atuam nas fundações seja muito dependentes da competente caracterização de maciços, dos processos construtivos, dos métodos de cálculo e da forma como estes podem ser aferido em projetos assistido por ensaios. Por estas incertezas o engenheiro de conceção e o responsável pela execução destas obras não segue cegamente os resultados dos ensaios e das análises. Em “Fundações”, ao incentivar-se uma constante reflexão sobre a boa indexação física dos comportamentos, criam-se excelentes bases para o futuro engenheiro civil, com especialização em geotecnia.
Os resultados que são perseguidos na aprendizagem das matérias desta unidade têm como objetivo o ganho de competências para a conceção e elaboração de projetos de fundações, sua execução e controlo de qualidade, congregando a rcionalidade da teoria com o empirismo de muitas formulações e metodologias práticas.
Pelo facto de as teorias que tratam do dimensionamento das fundações ou dos seu reforços limitadas por serem fortemente condicionadas pela natureza tão heterogénea quanto singular dos terrenos, procura-se integrar na aprendizagem o gosto pela inovação e, por isso, criar competências de inestigação e desenvolvimento.
CONHECIMENTOS PRÉVIOS: Idealmente todas as UCs da área de Geotecnia. De facto, esta unidade curricular tem direta dependência com três outras a montante que a precedem: Geologia de Engenharia (GE), Mecânica dos Solos 1 (MS1) e Mecânica dos Solos 2 (MS2). Estas duas últimas são em grande medida uma importante base para conhecimentos dos critérios gerais da caracterização dos maciços terrosos, das teorias da Mecânica dos Solos e da sua aplicação ao dimensionamento de fundações diretas. A última unidade curricular tem, desde há muitos anos, um capítulo (o último) sobre esta matéria que serve de mote ao lançamento da primeira parte do programa de Fundações. Recentemente introduziu-se uma pequena abordagem ao dimensionamento geotécnico de estacas isoladas carregadas verticalmente. A sensibilização para a geomecânica é muito dependente da formação na classificação dos maciços terrosos e rochosos que se faz na unidade curricular de Geologia de Engenharia. Não deixa de ser importante e relevante para o bom encaminhamento das novas matérias (mais específicas), a parte ativa que o responsável da unidade curricular de FUNDAÇÕES tem nas unidades curriculares que a precedem e a baseiam, particularmente as de MS1 e MS2.
CARATERIZAÇÃO DE MACIÇOS TERROSOS:
- Sondagens: reconhecimento de solos para fundações de edifícios e estruturas especiais.
- Procedimentos mínimos em implantação e profundidade do reconhecimento.
- Metodologias gerais de sondagens e amostragem e opções de ensaios in situ para caracterização de maciços, em função da sua tipologia.
FUNDAÇÕES DIRETAS (SAPATAS)
- Critérios de dimensionamento de fundações diretas à luz das diretivas do Eurocódigo 7: Estado Limite Último (ELU) e Estado Limite de Serviço (ELS).
- Avaliação de assentamentos em carregamentos estáticos.
- Avaliação de assentamentos de fundações sujeitas a cargas dinâmicas ou transientes.
- Sapatas comuns a vários pilares: introdução aos métodos discretos contínuos (algumas soluções teóricas) e aos aproximados baseados na teoria da viga em apoio elástico (Modelo de Winkler).
- Cálculo estrutural de fundações diretas.
FUNDAÇÕES POR BLOCOS
FUNDAÇÕES PROFUNDAS - ESTACAS
- Estacas carregadas axialmente:
- Classificação de estacas;
- Ações do solo sobre as estacas: atrito negativo; ações laterais;
- Considerações sobre o dimensionamento:
- Métodos de dimensionamento tradicionais: base teórica e semi-empírica;
- Solicitações verticais. Capacidade de carga de uma estaca.
- Formulação teórica e formulações semi-empíricas (fómulas estáticas - método de Bustamante e Gianeselli – e fórmulas dinâmicas);
- Solicitações verticais - capacidade de carga de grupos de estacas (eficiência);
- Solicitações verticais: Assentamento de uma estaca isolada e de grupos de estacas;
- Ensaios de carga: seus objetivos para o dimensionamento e especificidades: instrumentação clássica e múltipla;
- Estacas carregadas transversalmente: capacidade de carga e deslocamentos horizontais.
- Solicitações que dão origem a esforços transversais: ênfase para solicitações sísmicas (introdução à definição da ação);
- Deslocamentos horizontais: modelos contínuos e método dos coeficientes de apoio elástico…
- Dimensionamento de grupos de estacas sob forças horizontais: método de Randolph.
- Cálculo estrutural de estacas: distribuição de esforços em estacas isoladas e em grupos de estacas definição geométrica e dimensionamento em betão armado; maciços de encabeçamento de grupos de estacas; armadura das estacas sujeitas a flexão composta, considerando várias combinações.
- Técnicas de inspeção da integridade / qualidade de estacas: técnicas destrutivas e não destrutivas; a seleção da técnica apropriada e sua classificação (diretas e indiretas, suas variantes); fluxos de opção e medidas de remediação.
RISCO SÍSIMICO: LIQUEFACÇÃO DE MACIÇOS E INTERACÇÃO COM AS FUNDAÇÕES
- Métodos simplificados de avaliação da suscetibilidade de maciços à liquefação: base em ensaios in situ (SPT, CPT; CH…);
- Caracterização dos maciços e da ação sísmica nacional: análise da suscetibilidade e melhoramento das areias suscetíveis de liquefazer
MELHORAMENTO DE MACIÇOS TERROSOS:
- Métodos de melhoramento de maciços:
- Vibrocompactação e vibroflutuação; estacas de brita; outros meios de compactação;
- Estacas de compactação;
- Pré-compressão;
- Reforço das fundações;
- Misturas de ligantes e Injeções;
- Diversos.
- Discussão das vantagens e desvantagens das técnicas descritas em maciços mais sensíveis específicos: solos moles; solos expansivos e colapsíveis.
- Reforço e recalce de fundações:
- O reforço de edifícios da era moderna e hodierna;
- O caso particular de monumentos históricos, envolvendo estruturas de alvenaria sensíveis.
Conteúdo Científico – 50%
Conteúdo Tecnológico – 50%
DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DOS CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS COM OS OBJETIVOS DA UNIDADE CURRICULAR:
Nesta unidade curricular, a conceção, o dimensionamento, a construção e o controlo de qualidade da fundação em função do binómio “classe do maciço – tipo de estrutura”, é tida à luz dos diferentes tipos de soluções, procurando identificar os principais condicionalismos que lhes estão associados. A importância de uma boa formação nesta área advém de a maioria dos danos ou avarias em edifícios e outras estruturas, serem devidos a insuficiências nas fundações. Boa parte destes problemas deve-se a erros de conceção e projeto, mas outra razão substancial associa-se ao desconhecimento das características dos terrenos de fundação. O advento e consolidação de novos critérios de dimensionamento baseado em estados limites últimos e estados limites de utilização impõe a sua adaptação às fundações. O Eurocódigo 7 faz jus destes princípios e é a base do desenvolvimento dos conceitos e aplicações práticas que se desenvolvem com os estudantes.
Alguns dos elementos bibliográficos elaborados pelo docente e distribuídos aos alunos:
1.1 Ensaios_InSitu - Notas - Fund - MIEC - AVF: M
1.2 Caracterização Geotécnica Técnicas - Notas Fundações MIEC - AVF
1.3 Prospeccao e Caracterizacao Geotecnica - Fundacoes - MIEC - AVF
1.4 CMetodologias Unificadas de Interpretação dos resultados de Ensaios com CPT, CPTU e SCPT: Obtenção de Parâmetros Geotécnicos em Projeto Assistido por Ensaios (91pág.s)
1.5 Materiais rochosos e coesivos de interface
2.1 Liquefacção - conceitos e avaliação
2.2 Liquefacção - avalia risco
3.1 Assent Fund Directas e Reforco - Adapt AVF - ASCE_1994
3.2 DEF - Viga Apoio Elastico - Principios
3.3 DMT-aplicacao_Assents_Sapatas
3.4 Projecto Geotécnico de Fundacoes em Solos Residuais - Site AVF
4 Blocos
5.1 INTROD Estacas - Fundações MIEC
5.2 Apresentação de Conceitos Transf Carga
5.3 Nota sobre os valores característicos de cap carga estacas pelo EC7
5.4 Capacidade de carga de grupos de estacas
5.5 Macicos de encab de estacas
5.6 Assentamentos_estacas_transfer~encia de carga: TE - linear e não linear
5.7 Assentamentos_grupos_estacas
5.8 ESTACAS CARREGADAS TRANSVERSALMENTE
5.8 Met Randoph grupoest hor
5.9 Valores de k e Curvas p - y
6.1 Melhoramento e Reforco de Fundacoes _ FEUP
6.2 Estacas de Brita - caracterização descricao e met Priebe + Jet_grouting e outras técnicas de melhoramento
6.3 Patologias das Fundações - técnicas de reabilitação de fundações
7.1 Principios da sísmica de solos
7.2 Liquefacção - conceitos e avaliação
O programa é exposto em aulas teóricas de uma hora (duas semanalmente) onde, com recurso a meios audiovisuais correntes, se procura interessar os alunos para os condicionalismos geotécnicos que impõem especificidades das metodologias de caracterização geotécnica de maciços com vista á seleção de fundações mais adequadas ao bom comportamento dos edifícios e estruturas em geral. Intervalando esta exposição teórica com algumas visitas a obras de fundações correntes e, muito particularmente, de fundações especiais (com relevo muito especial às estacas), desenvolvem-se as aulas teórico práticas, com duração de duas horas (uma por semana), onde se vão acompanhando as sucessivas matérias introduzidas nas aulas teóricas, sendo resolvidos alguns problemas práticos de casos de fundações diretas e indiretas. Os alunos são ainda convidados a realizar dois trabalhos (em grupos de dois a três elementos). Um primeiro cujo objetivo do trabalho consiste em realizar uma análise ao nível dos deslocamentos, tensões, momentos e esforços transversos de uma sapata com quatro pilares pertencente a uma ponte, utilizando para o seu desenvolvimento programas de cálculos disponíveis no DEC. No segundo, os alunos são convidados a definir uma solução em estacas para a fundação do pilar de um ponte de grandes vão, em zona sísmica, devendo a solução ser detalhada até à definição completa das dimensões e armaduras das estacas e do respetivo maciço de encabeçamento. Na parte final do programa, destinam-se algumas horas de aulas teóricas para um módulo informativo (e fortemente ilustrado) sobre reforço de fundações, procurando-se nas últimas duas semanas realizar visitas a obras de reforça de fundações. VISITAS DE ESTUDO Reconhecendo-se a importância do contacto direto com obras representativas das matérias lecionadas, tem-se organizado frequentes visitas (ocupando meio dia a um dia) a obras de grande impacto, com sejam as que se referem a seguir: -Ponte de Salgueiro Maia (sobre o Rio Tejo, em Santarém) -Reforço de fundações com Micro-Estacas do futuro Hotel Carlton (Ribeira, Porto) -Ponte Europa (sobre o Rio Mondego, em Coimbra) -Fundações da Casa da Música (no Porto) -Fundações dos viadutos IC2 (Fátima- Leiria) -Barragem do Alqueva (execução da fundações e tratamento da falha) -Parque de estacionamento subterrâneo (Praça da Bolsa, Porto) -Novas pontes sobre o Rio Douro em Entre-os-Rios -Ponte do Infante, nova travessia do rio Douro no Porto -Estações da Trindade e dos Aliados do Metro Ligeiro do Porto -Estabilização das Encosta das Fontaínhas Muralha Fernandina (Elevador dos Guindais) -Estabilização de edifícios nas Ruas do Bolhão, Fernandes Tomás e Bonjardim no Porto, para passagem da Tuneladora – Linha C do Metro do Porto; - Fundações e estruturas de contenção para a escavação de caves do C.C.Cort Inglês em V.N.Gaia; - Fundações e estruturas de retenção na variante interna do IC23 em V.N. de Gaia; - Campo Experimental da FEUP (ISC’2) - ensaio in situ e ensaios de carga verticais e horizontais em estacas moldadas, de trado e pré-moldadas cravadas; - Viaduto de Santana do Cartaxo – Caminho de Ferro a Norte de Lisboa; - Nova Travessia no Carregado - ponte e viaduto – no Rio Tejo, a montante de Lisboa. - Visita às obras de fundações da Escola Oliveira Martins e de empreendimento habitacional com contenção de caves na R. da Torrinha, no Porto. - Visita às obras de fundações e melhoramento de solos com jet-grouting e recalçamento de estacas no Pavilhão Multiusos de Viana do Castelo. - Visita às obras de fundações e contenções com estacas e ancoragens na nova Faculdade de Medicina da Univ. do Porto. - Visita às obras de Geotecnica da Circular Externa do Grande Porto, incluindo fundações especiais, escavações e contenções, obras de aterro e passagens em túnel. As soluções adotadas nestas obras são à priori objeto de uma introdução e após a visita são discutidos os critério que regeram as opções.
DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DAS METODOLOGIAS DE ENSINO COM OS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM DA UNIDADE CURRICULAR:
A formação dos estudantes não pode ser senão fortemente interativa, na procura de uma sensibilização crescente para a investigação. Mesmo quando se trata de reconhecer e quantificar a interação solo-estrutura, há ainda muitas limitações e incertezas. A continuada investigação sobre estas questões leva a que os próprios valores de cálculo que atuam nas fundações seja muito dependentes da competente caraterização de maciços, dos processos construtivos, dos métodos de cálculo e da forma como estes podem ser aferidos em projetos assistido por ensaios. Por estas incertezas o engenheiro de conceção e o responsável pela execução destas obras não seguem cegamente os resultados dos ensaios e das análises. Em “Fundações”, ao incentivar-se uma constante reflexão sobre a boa indexação física dos comportamentos, criam-se excelentes bases para o futuro engenheiro civil, com especialização em geotecnia.
Designação | Peso (%) |
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Participação presencial | 0,00 |
Teste | 50,00 |
Trabalho escrito | 50,00 |
Total: | 100,00 |
Designação | Tempo (Horas) |
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Estudo autónomo | 20,00 |
Total: | 20,00 |
A obtenção de classificação final exige o cumprimento de assiduidade à unidade curricular, conforme estabelecido nas regras de avaliação do MIEC. Considera‐se que um estudante cumpre a assiduidade a uma unidade curricular se, tendo estado regularmente inscrito, não exceder o número limite de faltas correspondente a 25% de cada um dos tipos de aulas previstos.
A classificação final é definida com base em avaliação distribuída, e consiste em:
- 2 (dois) trabalhos em grupos (TG1 e TG2) cujo número de alunos deve ser de 5 elementos;
- 2 fichas de avaliação resolvidas em dois momentos, num período de aulas de duas horas, sobre os conhecimentos adquiridos, particularmente dos conceitos que são expostos nas aulas teóricas e discutidos nas aulas teórico práticas à luz de exercícios de aplicação; a primeira (FA1) versa sobre a primeira parte da matéria (reconhecimento de maciços e fundações directas) e a segunda (FA2) sobre fundações profundas e reforço e melhoramento de maciços (incluindo engenharia sísmica).
A classificação final, CF, resulta da seguinte fórmula de cálculo:
CF = PA1 x CTG1 + PA2 x CFA1 + PA3 x CTG2 + PA4 x CFA2
CTG1 – classificação do trabalho de grupo 1 a realizar até ao fim das 5 semanas de aulas práticas;
CTG2 – classificação do trabalho de grupo 2 a realizar até ao fim do período lectivo;
CFA1 – classificação da ficha de avaliação 1 (a realizar na nona semana de aulas).
CFA2 - classificação da ficha de avaliação 2 (a realizar na última semana de aulas).
Associando-se os seguintes pesos:
PA1 = 30%
PA2 = 20%
PA3 = 30%
PA4 = 20%
NOTA 1: Todos os estudantes inscritos na unidade curricular são classificados de acordo com este método.
NOTA 2: Os estudantes que frequentaram a unidade curricular no ano letivo anterior e não obtiveram aprovação, poderão manter a classificação dos trabalhos realizados no ano anterior (sempre considerados em conjunto) ou optar por realizar um novo conjunto de trabalhos, sendo, no entanto, os pesos aplicados os correspondentes ao ano letivo de opção.
Tempo de trabalho estimado fora das aulas: 4 horas