A pressão de empuxo é uma carga de projeto a ser considerada para estruturas construídas abaixo do lençol freático. Quanto mais profunda a escavação, maior será a pressão de empuxo que a água exerce.
É muito importante que os engenheiros civis saibam calcular a pressão de empuxo porque muitas estruturas são construídas abaixo do lençol freático.
Vejamos quais estruturas precisamos levar em consideração a pressão de empuxo.
- Tanques subterrâneos
- Lajes de subsolo
- Fundações de laje
- Barragens
- Laje de concreto
Projeto de tanques subterrâneos para pressão de flutuação
Um tanque construído abaixo do lençol freático flutuará na água se não levarmos em conta a pressão ascendente da água. Além disso, isso pode levar à falha estrutural.
A ilustração a seguir mostra um tanque construído no subsolo.
Conforme mostrado na figura acima, a pressão de empuxo é aplicada à fundação.
Como calcular a força de empuxo
A pressão na profundidade “h”; p
P = hρg
Esta questão pode ser formulada da seguinte forma:
P=ϒeuH
Área da laje = A
Força de empuxo = ϒeuhA
Fator de segurança contra pressão de empuxo
Em geral, o fator de segurança contra flutuabilidade está na faixa de 1,2 a 1,5. Normalmente é mantido em 1,2.
O procedimento a seguir pode ser usado para verificar a flutuabilidade.
- Calcule a força de empuxo de acordo com a equação acima
- Calcule o peso da estrutura. O peso pode não ser o peso total da estrutura se a construção for realizada em várias fases sem drenagem. Nessas situações, parte da estrutura que será erguida na primeira fase deverá ser levada em consideração no cálculo do peso. Se a desidratação for realizada até que a estrutura atinja resistência, o peso total da estrutura pode ser levado em consideração ao avaliar o fator de segurança contra flutuabilidade.
- O fator de segurança contra pressão de empuxo = peso da estrutura/força de empuxo > 1,2
- A placa de base deve ser projetada para suportar a pressão exercida pela água e a pressão da terra devido às cargas do recipiente.
Flutuabilidade em lajes de subsolo
Os pisos subterrâneos são normalmente construídos abaixo do nível do lençol freático e em diversas fases de construção.
Além disso, os pisos da cave podem ter vários níveis.
Normalmente, esses painéis são projetados para flutuabilidade, que só é aplicada ao painel do porão após a construção. Se a área a ser construída for coberta com suportes como estacas pranchas, estacas secantes, etc., não haverá água na escavação.
Porém, a pressão da água na laje de embasamento deve ser levada em consideração durante a obra. Como o embasamento é relativamente profundo, a laje mais espessa deve ser projetada para suportar as forças envolvidas.
Para caves mais profundas, é necessário um sistema de ancoragem adicional para absorver as forças ascendentes na laje da cave.
Se a laje de embasamento for sobre rocha, ela pode ser sustentada pela rocha. Porém, em algumas estruturas, a laje de embasamento e toda a estrutura são sustentadas por fundações por estacas.
Se a laje do embasamento e a superestrutura repousarem sobre a rocha, Âncora de rocha deve ser projetado para suportar forças ascendentes.
Além disso, se a estrutura for sobre estacas, as estacas devem ser projetadas para suportar forças de tração. As estacas devem ser projetadas para suportar forças de tração axiais. Além disso, as estacas devem estar suficientemente ancoradas na rocha para garantir atrito suficiente.
Pressão de empuxo em fundações de laje
Como outras estruturas, as fundações em laje são projetadas para proporcionar flutuabilidade.
Porém, devido à maior espessura das lajes de fundação, as forças de empuxo não são críticas, principalmente em caves construídas muito próximas do solo.
À medida que os níveis do subsolo aumentam em profundidade, pode ser necessário considerar a pressão ascendente sobre a fundação.
Elevação da pressão nas barragens Elevação da pressão nos açudes
As barragens são construídas para coletar água para geração de energia, irrigação, produção de água potável, etc. Devido à importância destas estruturas, a sua vida útil está prevista para durar 120 anos ou mais.
Além disso, são construídos como estruturas rígidas que podem suportar qualquer força aplicada a eles.
Normalmente, as estruturas de concreto são construídas sobre rocha. No entanto, também pode acontecer que sejam construídos em terreno sólido.
Mesmo que o edifício seja construído sobre rocha e a rocha tenha sido rebocada para melhorar a sua permeabilidade, podem formar-se cursos de água por baixo da fundação.
Dois métodos são usados para projetar essas estruturas.
- Para estruturas relativamente leves, estas são ancoradas na rocha para evitar um momento de tombamento devido à pressão de flutuação. No entanto, este método apresenta alguns riscos, uma vez que os tirantes podem corroer quando expostos a um ambiente corrosivo durante um longo período de tempo, mesmo que as hastes sejam galvanizadas. Na maioria das vezes, as âncoras projetadas para forças de tração são colocadas uniformemente entre o solo e a rocha.
- O peso da estrutura permanece maior que a pressão de empuxo. Portanto, não ocorrem momentos de tombamento.
É necessário projetar toda a estrutura para a pressão ascendente da água. Conforme indicado na figura acima, a espessura da parte final da estrutura é comparativamente menor que a área da ogiva.
Existem métodos para determinar os valores de pressão sob a base, que não são discutidos neste artigo, e destinam-se a ser utilizados para verificar tombamento e projetos estruturais.
Além disso, o efeito da pressão de empuxo deve ser considerado como um dos aspectos mais importantes no projeto.
Dependendo do tipo de estrutura, a pressão de empuxo nos muros de contenção também pode precisar ser levada em consideração.
Pressão flutuante nos muros de contenção
Quando um muro de contenção é construído para reter fluidos e o muro é mais alto, é criada muita pressão ascendente no muro de contenção, o que pode levar ao colapso.
A maioria das pessoas se esquece de levar em consideração a pressão de empuxo na estrutura da fundação durante a construção.
Embora consideremos que o peso da água contribui para o momento de restauração ao revisar os cálculos de tombamento, a pressão de empuxo ascendente aplicada à base cria um momento de tombamento.
Portanto, devemos estar atentos a esses aspectos ao projetar. Para mais informações, consulte o artigo Cálculo de estabilidade de muros de contenção em outros desenhos.
