Como estudante de engenharia ou engenheiro, você já se perguntou como pontes, muros de contenção e pilares podem resistir às enormes forças horizontais do vento, da água ou da pressão do solo? A resposta está na maneira inteligente como as pilhas de massa são feitas.
Quando essas peças especiais de fundação são cravadas em ângulo com a vertical, elas dão às estruturas que suportam a resistência e a estabilidade de que precisam para serem seguras e durarem muito tempo.
Quer você esteja interessado em engenharia civil, estrutural ou geotécnica, saber como as estacas funcionam e para que podem ser usadas é importante para sua carreira.
Neste artigo, aprenderei mais sobre pilhas de massa, incluindo sua finalidade, seus benefícios e as coisas mais importantes a serem consideradas ao projetar uma.
Prepare-se para aprender sobre uma parte interessante da engenharia que vem mudando a maneira como vivo há centenas de anos.
Introdução à pilha de massa
Definição formal:
Uma estaca cravada em uma inclinação para a vertical para fornecer resistência às forças horizontais.
Uma pilha de massa é um tipo de pilha que é montada em um ângulo com a vertical para que possa resistir às forças laterais.
Na engenharia, esse tipo de estaca é frequentemente usado para sustentar estruturas offshore, torres e pontes.
Também pode ser usado para mover cargas em ângulo e forças em linha reta.
Neste artigo, falaremos sobre o que é uma pilha de massa e como ela é usada na engenharia.
Conceitos Básicos de Pilha de Massa
Ângulo da massa:
O ângulo do batedor é o ângulo entre a vertical e o eixo da pilha.
O ângulo da massa pode ser diferente para cada estrutura, dependendo do tipo de construção, das condições do solo e de outros fatores de projeto.
A capacidade máxima de arrancamento de uma pilha de batedor aumenta à medida que o ângulo do batedor aumenta, até um valor máximo que é alcançado quando o ângulo do batedor é de cerca de 20°.
A capacidade máxima de arrancamento cai após este ângulo.
Momentos fletores:
As pilhas de massa podem dobrar devido ao seu próprio peso ou devido a forças externas à pilha.
Quão grande é o momento de flexão depende do comprimento, largura e ângulo da massa da estaca.
Ao projetar uma estaca de massa, o momento de flexão deve ser levado em consideração para garantir que a estaca possa suportar as cargas esperadas.
A chocante verdade sobre fundações inclinadas: como as estacas de massa podem salvar suas estruturas
Ainda difícil de entender? Deixe-me mudar um pouco o ponto de vista:
Você está cansado de ver os prédios e pontes que você trabalhou duro para construir desmoronar à menor força horizontal? Bem, não se preocupe! Temos a resposta para os seus problemas de construção: basta cravar as estacas em ângulo.
Sim, isso mesmo, esqueça de ser alto e abrace o maravilhoso mundo das pilhas de massa! Quem precisa de uma base forte quando você pode ter uma inclinada? Ok, ok, antes que você comece a se perguntar se estou louco, vamos examinar a ciência e a engenharia por trás dessa abordagem que parece ir contra o senso comum.
Agora vamos voltar para a explicação.
Finalidade e benefícios da pilha de massa
O objetivo das estacas rebatidas é transferir o momento de tombamento para uma combinação de estacas verticais e estacas rebatidas que possam lidar com forças de compressão e tração.
Distribuição de Carga e Resistência a Forças Horizontais
No projeto preliminar, a carga na pilha de massa é geralmente considerada como estando na direção axial.
As cargas podem ser distribuídas entre pilhas de massa e pilhas verticais em um grupo usando um gráfico ou usando métodos analíticos.
As estacas de massa podem suportar muita força de lado a lado, e elas passam essa força de lado a lado parcialmente na forma de força axial, em vez de apenas dobrar e cisalhar.
As forças horizontais são interrompidas pela resistência passiva da pilha de massa, que é baseada na parte horizontal da carga axial.
Capacidade de Retirada de Estacas de Massa
A quantidade de peso que uma pilha de massa pode suportar depende de como ela é moldada e quão íngreme é.
As pilhas quadradas ou retangulares podem ser retiradas mais facilmente do que as pilhas redondas.
Quando a densidade da areia aumenta, a relação entre a capacidade de arrancamento áspera e lisa diminui.
A relação de esbelteza (L/d) de uma estaca inclinada afeta sua capacidade de arrancamento final.
À medida que a taxa de esbelteza aumenta, a capacidade final de arrancamento diminui.
Momento fletor e assentamento do solo circundante
Pilhas de massa que ficam de pé sozinhas podem dobrar por causa de seu próprio peso ou por causa de forças externas.
Devido ao movimento do solo ao seu redor, as pilhas de massa em aterros soltos ou depósitos que estão ficando mais apertados podem sofrer carregamento lateral.
Por exemplo, um invólucro permanente deve ser colocado quando a argila está sendo endurecida.
Benefícios da massa de pilha
A massa de pilha é importante porque pode dar suporte extra a edifícios atingidos por coisas como terremotos, vento e ondas.
O batedor de estacas também pode dificultar a remoção de estacas do solo na areia e pode ajudar a tornar as encostas mais estáveis.
Além disso, o batedor de pilha pode reduzir o movimento do bloco e da superestrutura, permitindo grandes rotações.
No geral, as estacas de massa podem tornar as estruturas mais estáveis e resilientes, tornando-as mais resistentes às forças laterais e garantindo que durem por muito tempo.
Usos de pilha de massa em construção e engenharia
Na construção e na engenharia, as estacas de massa são frequentemente usadas para dar às estruturas suporte e resistência às forças laterais.
Essas estacas são cravadas em ângulo com o plano vertical.
Isso os torna fortes o suficiente para resistir a momentos de capotamento causados por cargas de vento ou terremotos.
Nesta seção, falaremos sobre as diferentes maneiras pelas quais as estacas de massa podem ser usadas na construção e na engenharia.
Apoio a Estruturas Offshore
As pilhas de massa são frequentemente usadas para construir estruturas como plataformas de petróleo, turbinas eólicas e estruturas flutuantes que estão no mar.
Fortes ondas e forças do vento empurram essas estruturas, o que pode causar grandes cargas laterais que precisam ser interrompidas.
As estacas de massa são usadas para dar a essas estruturas a resistência lateral necessária e garantir sua estabilidade.
Torres de Apoio
Torres, como torres de transmissão e torres de comunicação, também são construídas usando pilhas de massa.
Na maioria das vezes, essas torres são altas e finas, o que as torna vulneráveis a cargas de vento e terremotos.
As estacas de massa são usadas para manter a estrutura estável sob essas cargas e para garantir que ela seja segura e dure muito tempo.
Pontes de Apoio
Ao construir pontes, as estacas de massa são freqüentemente usadas para suportar pilares, pilares e outras partes da estrutura sujeitas a cargas laterais.
O uso de pilhas de massa garante que a ponte seja estável e segura, especialmente em locais onde há muitos terremotos ou ventos fortes.
Estruturas Marítimas de Apoio
Pilhas de massa também são usadas para construir coisas como molhes, cais e quebra-mares que estão na água.
Forças de ondas fortes são frequentemente colocadas nessas estruturas, o que pode causar grandes cargas laterais.
As estacas de massa são usadas para dar a essas estruturas a resistência lateral necessária e garantir sua estabilidade.
Resistindo à Espalhamento Lateral
Na construção de engenharia geotécnica, as estacas de massa também podem ser usadas para impedir que o solo se espalhe lateralmente.
Em locais com solo fraco ou muitos terremotos, o espalhamento lateral pode causar muitos danos aos edifícios.
As estacas de massa são usadas para dar à estrutura a resistência lateral necessária e mantê-la estável.
Comparação de estacas de massa e estacas verticais
Comportamento sob Cargas Laterais
Quando comparado com as pilhas verticais e positivas, foi visto que as pilhas negativas suportam melhor as cargas laterais.
Com a mesma carga, uma pilha de massa positiva tem 19% mais probabilidade de dobrar do que uma pilha vertical.
A pilha não aguenta tanto peso quanto uma camada uniforme de areia grossa porque tem uma fina camada de areia fina por cima, o que a torna menos resistente.
Atrito e Passivo-Terra-Pressão
Tanto para estacas verticais quanto para estacas, a pressão de terra passiva é afetada por quanto a superfície da estaca roça contra o solo.
A massa típica (horizontal para vertical) das estacas inclinadas varia de 1:5 a 1:3, dependendo das condições do solo e das necessidades da estrutura.
Resistência a Cargas Laterais
Grupos de estacas com batedor e estacas verticais são mais resistentes a cargas laterais na direção do batedor ou contra o batedor do que grupos de estacas apenas com estacas verticais.
Um grupo com pilhas de massa negativas é mais resistente do que um grupo semelhante com pilhas de massa positivas.
Fatores que afetam o ângulo ideal da pilha de massa
Fatores que afetam o ângulo ideal da pilha de massa na engenharia
O melhor ângulo de massa para um projeto depende de vários fatores que são exclusivos desse projeto.
Nesta seção, falaremos sobre as coisas que afetam o melhor ângulo para uma pilha de massa para um determinado projeto.
Taxa de esbelteza da pilha
A relação de esbelteza (L/d) de uma estaca inclinada determina o quanto ela pode ser arrancada.
A capacidade final de arrancamento diminui à medida que a taxa de esbelteza aumenta.
Densidade da Areia
Até 20 graus de ângulo de batedor, a capacidade de arrancamento de uma pilha de batedor na areia aumenta.
Depois disso, começa a cair.
A relação entre a capacidade de arrancamento áspero e liso diminui à medida que a densidade da areia aumenta.
Outros fatores
Além da proporção entre a largura da pilha e a profundidade e a densidade da areia, o ângulo ideal da pilha de massa também pode ser afetado por:
- Condições do solo.
- Requisitos estruturais.
- O tamanho e a direção das cargas na lateral.
- Ângulo de fricção da interface.
- Teor de umidade.
Tamanho e forma dos grãos.
Entendendo a massa na cravação de estacas
Tipos de pilha como pilhas de massa são cravadas em um ângulo em relação ao eixo vertical para resistir às forças horizontais.
Nesta seção, falaremos sobre as diferentes partes das estacas de massa usadas na cravação de estacas.
Medição do ângulo da massa
Na maioria das vezes, um gabarito é usado no campo para medir o ângulo da massa em uma pilha de massa.
O melhor ângulo de massa para um determinado projeto depende de vários fatores específicos do projeto, como as condições do solo, as necessidades da estrutura e o tamanho e direção das cargas laterais.
Carregamento lateral e assentamento
As estacas de massa são usadas para mover cargas inclinadas e forças horizontais, e podem sofrer carregamento lateral se o solo ao seu redor mudar.
Ao descobrir o melhor ângulo de massa para um projeto, é importante pensar cuidadosamente sobre as condições do solo e as necessidades estruturais do projeto.
Impacto no equipamento
Quando pilhas de massa são usadas, o pistão e o cilindro sofrem mais desgaste, o que pode fazer com que durem menos.
Ao cravar pilhas de massa, pode ser necessária uma extensão do cilindro para reduzir o desgaste e tornar as coisas mais seguras.
Distribuição de carga
No projeto preliminar, as cargas de pilha de massa são geralmente consideradas axiais.
As cargas podem ser distribuídas entre pilhas de massa e pilhas verticais em um grupo usando um gráfico ou usando métodos analíticos.
A flexão secundária e o movimento do bloco devem ser levados em consideração, especialmente quando o bloco é rígido.
Medição de campo da pilha de massa
Medição de campo do ângulo de massa de uma pilha
Um gabarito pode ser usado no campo para medir o ângulo da massa em uma pilha.
Para medir o ângulo, você pode usar um clinômetro ou um nível digital.
Você também pode usar uma fita métrica e um fio de prumo para medir a profundidade e a distância entre dois pontos na pilha.
Com esta informação, você pode descobrir o ângulo de massa da pilha.
Você também pode usar uma estação total com um retículo de círculo concêntrico para medir com precisão o ângulo de massa de uma pilha sem interromper a construção.
Características de comportamento de pilhas de massa sob carga vertical
Os pesquisadores analisaram como as pilhas de massa única agem quando são carregadas de cima.
À medida que o ângulo do batedor aumenta, a capacidade de arrancamento das estacas brutas construídas em areia densa aumenta e atinge seu valor máximo.
A razão da capacidade final de arrancamento entre estacas ásperas e lisas diminui à medida que a densidade da areia aumenta.
Método de otimização e ajuste para orientação de pilha
Um algoritmo genético também foi usado para criar um método para otimizar e ajustar a orientação das estacas.
Com este método, as pilhas de massa para um cais suportado por estacas podem ser viradas para que não se cruzem no espaço.
Ao garantir que as pilhas de massa sejam montadas da melhor maneira, a estabilidade e a segurança do cais podem ser melhoradas.
No geral, existem diferentes maneiras de medir o ângulo de massa de uma pilha no campo, e pesquisas foram feitas para aprender mais sobre como as pilhas de massa se comportam sob carga vertical.
A estabilidade e a segurança das estruturas sustentadas por estacas de massa também podem ser melhoradas com uma maneira de otimizar e ajustar a direção das estacas.
Sequência de Trabalho de Estacas Marítimas
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Conclusão
Concluindo, as pilhas de massa são uma parte fascinante e importante da engenharia que merece nossa atenção e apreciação.
Desde os tempos antigos até hoje, eles mostraram que são importantes para garantir que nossos edifícios sejam seguros e estáveis.
À medida que enfrentamos novos problemas, como mudanças climáticas, cidades em crescimento e novas tecnologias, as pilhas de massa se tornam uma parte ainda mais importante de nossa infraestrutura futura.
Como estudante de engenharia ou engenheiro, você tem o poder e a responsabilidade de agregar valor a esse legado de excelência e inovação.
Portanto, da próxima vez que você atravessar uma ponte, passar por um muro de contenção ou olhar para um prédio alto, pense nas pilhas de massa.
Eles são os heróis desconhecidos que tornam todas essas coisas possíveis.
Uma pilha de cada vez, vamos continuar ultrapassando os limites da engenharia.
Links e referências
Dicionário de Arquitetura e Construção
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