Estacas-pranchas de aço são amplamente utilizadas para estruturas de retenção de terra. Estes podem ser projetados como paredes cantilever para paredes de retenção contínua e cofferdams, ou como cortes espaçados ao lidar com escavações profundas para a construção.
Uma parede de estaca-prancha deve resistir às seguintes cargas, uma vez que tenha sido instalada no local:
1. Pressões laterais de terra em condições estáticas
2. Pressões laterais de terra devido a terremotos
3. Pressões hidrostáticas devido ao aumento da pressão da água dos poros no lado retido
4. Carga de sobretaxa no topo do lado retido (por exemplo, carga de tráfego, carga de construção)
Uma parede de estaca-prancha é geralmente idealizada como um membro de flexão, pois resiste principalmente às tensões de flexão das cargas acima mencionadas. Sua resistência pode ser determinada a partir de dois componentes: a propriedade geométrica da estaca-prancha e o grau do material a ser usado.
Sabemos que para um membro submetido a flexão pura dentro do limite elástico, a tensão de flexão máxima de um membro de flexão é definida como
Onde:
σmax = tensão normal máxima causada por flexão ou flexão, muitas vezes referido como tensão flexural
M = momento fletor aplicado ao membro, neste caso, a estaca-prancha
c = distância do eixo neutro do elemento à fibra de tensão/compressão extrema da secção
I = segundo momento de área, muitas vezes referido como o momento de inércia
Referindo-se ao QEQ. (1), a seção membro adequada pode ser selecionada investigando a relação, I/C. Esta relação é definida como o módulo de seção elástica, S, e é puramente dependente das propriedades geométricas do membro. Substituindo S por I / c em Eq. (1), a tensão flexural máxima pode ser definida do seguinte modo::
Vemos no Eq. (2) essa Max é inversamente proporcional ao módulo de elasticidade da secção, S. Isto implica que os membros flexurais devem ser concebidos com um valor de S tão elevado quanto o prático [1]. Para ilustrar isso, vamos usar um exemplo básico, pegando duas (2) peças de vigas de madeira com secções retangulares da mesma área, como apresentado na Figura 1.
Figura 1. Duas vigas de madeira da mesma área, A (Fonte: Cerveja, F.P. Mecânica de Materiais, 8ª Ed.)
Para vigas retangulares, o módulo da seção elástica, S, pode ser calculado da seguinte forma:
Podemos ver pelo Eq. (3) que, para duas vigas de zonas transversais iguais (assinaladas por a), a viga com maior profundidade, h, deve ter um módulo de elasticidade de secção maior e será mais eficaz na resistência às tensões de flexão devidas às cargas aplicadas.
Este princípio fundamental também pode ser aplicado a outras formas estruturais. Para uma parede de estaca-prancha, uma grande parte da área da seção transversal está localizada longe do eixo neutro da seção. Se uma seção de estaca-prancha tiver uma grande profundidade, valores mais altos para o momento de inércia, I, e o módulo da seção, S, são esperados. Isso, por sua vez, faz com que a estaca-prancha tenha um melhor desempenho em termos de dobra.
Além das propriedades geométricas da estaca-prancha, o grau do material também deve ser considerado ao selecionar a seção apropriada. As estacas-pranchas são geralmente feitas de aço estrutural. Comparado a outros materiais de construção, o aço tem resistência ao escoamento e geralmente é dúctil por natureza. A resistência ao escoamento do aço varia amplamente e depende de vários fatores, como a composição química e o processo de fabricação. Os padrões de material e teste também desempenham um papel crítico na resistência ao escoamento do aço, pois alguns projetos exigem que certos padrões e / ou especificações de materiais sejam atendidos como parte do projeto de engenharia detalhado.
Vou voltar para a sede. (2), sabemos que a tensão de flexão máxima diminui à medida que o módulo de seção aumenta. Se tomarmos a força de rendimento, Fy, como a tensão de flexão máxima, a max do corpo, dividida por um fator de segurança, Ω, Eq. (2) pode ser expresso do seguinte modo: :
Isso implica que, conforme o engenheiro projeta uma parede de estaca-prancha para uma maior resistência ao escoamento do aço, o módulo de seção necessário para o projeto seria menor. Isso se traduz em uma seção de estaca-prancha mais leve e a otimização do projeto / engenharia de valor é alcançada.
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A resistência da estaca-prancha depende da geometria e da resistência do material usado. Cabe ao engenheiro de projeto determinar a seção adequada da estaca-prancha e a resistência do material a ser usada no projeto. Isso, é claro, depende da disponibilidade das propriedades selecionadas e da experiência e julgamento do engenheiro.
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