Baixe o app para aproveitar ainda mais
Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original
Classificação das Fundações 2016.pdf Classificação das Fundações 1 Capítulo I - Classificação das Fundações 1 . Introdução Fundação é a parte da estrutura que transmite ao terreno subjacente a carga da obra. Uma fundação bem dimensionada é aquela que provoca nos terrenos apenas recalques que a estrutura possa suportar, oferecendo, ainda, um coeficiente de segurança satisfatório à ruptura ou escoamento do solo ou do elemento estrutural de fundação. Requisitos para a escolha do tipo de fundação: A fundação deverá sofrer apenas recalques que a estrutura pode suportar, sem acarretar problemas estruturais, funcionais ou estéticos; A execução da fundação não deve causar danos a estruturas vizinhas; Ao lado do aspecto técnico, deve ser observado o aspecto econômico (dentre as alternativas tecnicamente viáveis, deve-se escolher o tipo de fundação que vai acarretar menor custo para a implantação do empreendimento). Dados para o projeto: Cargas atuantes (peso de um prédio residencial ou comercial é da ordem de 12 kN/m 2 de área construída, por pavimento); Terreno – topografia e sondagens; Informações sobre a estrutura a construir (tipo e uso que terá a nova obra, sistema estrutural); Condições de execução – estruturas vizinhas; disponibilidade de mão de obra, equipamentos e materiais; acesso; Prazo disponível para execução da obra; No caso de pontes, dados sobre o regime do rio para avaliação de possíveis erosões e escolha do método executivo. 2 . Classificação Geral 2.1. Fundações Diretas, Rasas ou Superficiais São aquelas em que a carga é transmitida ao terreno predominantemente pelas pressões distribuídas sob a base da fundação e em que a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. Classificação das Fundações 2 Df 2.B Pressão ................................ LB Q p Obs. 1: Em princípio, esse tipo de fundação só é vantajoso quando a área ocupada por ela abranger, no máximo, 50 a 70% da área disponível. Obs. 2: De uma maneira geral, esse tipo de fundação não deve ser usado nos seguintes casos: Aterro não compactado; Argila mole; Areia fofa e muito fofa; Existência de água onde o rebaixamento do lençol freático não se justifica economicamente. 2.2. Fundações Profundas São aquelas em que o elemento de fundação transmite a carga ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de atrito do fuste) ou por uma combinação das duas, e está assente a uma profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3 (três) metros, salvo justificativa. SRpQ Classificação das Fundações 3 3. Fundações Superficiais 3.1. Blocos São elementos de fundação dimensionados de modo que as tensões de tração neles produzidas possam ser resistidas pelo próprio concreto, sem necessidade de armadura. Podem ter faces verticais, inclinadas ou escalonadas e apresentar planta de seção quadrada ou retangular. 0,8MPa 2,5 f f tk t MPafMPaf MPaf f f ckck ck ck tk 187,006,0 18 10 Para fins de simplificação, pode-se considerar 60ºβ . Obs.: Os blocos podem ser empregados para qualquer valor de carga. O que acontece é que quanto maior a carga, maior deve ser a altura do bloco. 3.2. Sapatas Isoladas São elementos de fundação dimensionados de modo que as tensões de tração neles produzidas requerem o emprego de armadura. Podem ter espessura constante ou variável e sua base em planta é normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal. As sapatas diferem-se dos blocos porque estas utilizam armadura para combater esforços de tração. Seções em planta: podem ser quadradas, retangulares ou trapezoidais. A forma da sapata geralmente acompanha a forma do pilar. 3.3. Sapata Associada São sapatas comuns a vários pilares, cujos centros em plantas não estão situados num mesmo alinhamento. O centro de gravidade da sapata tem que coincidir com o centro de carga dos pilares. Classificação das Fundações 4 321 332211 PPP PxPxPx x 321 332211 PPP PPPy y yy 321 PPPP 3.4. Sapatas Corridas São fundações que transmitem a carga de um muro, de uma parede ou de uma fila de pilares alinhados. 3.5. Radier Utilizado em terrenos de baixa capacidade de suporte de carga e como fundação de cargas uniformemente distribuídas (silos, tanques reservatórios de combustível, etc.). Classificação das Fundações 5 4. Fundações Profundas 4.1. Estacas São elementos estruturais esbeltos que, colocados ou moldados no solo por cravação ou perfuração, têm a finalidade de transmitir cargas ao terreno, seja pela sua resistência de ponta ou de base (estacas de ponta), seja pela resistência por atrito lateral ao longo de seu fuste (estacas flutuantes), ou por combinação das duas (mais comum). 4.2. Tubulões São elementos de fundação profunda, geralmente cilíndricos, em que, pelo menos na sua etapa final de escavação, há descida de operário. Podem ser feitos a céu aberto ou sob ar comprimido, e ter ou não base alargada. Podem ser executados com revestimento (camisa metálica ou anéis de concreto armado) ou sem revestimento. Tubulão a céu aberto: - usado economicamente para cargas superiores a 1.500 kN; - aplica-se acima do nível d’água; - diâmetro mínimo de escavação: 70 cm - comprimento máximo recomendável: 15,00 m Tubulão pneumático: - revestido com tubo metálico perdido (D = 70 cm a 150 cm): 3.000 a 15.000 kN - de concreto armado tradicional: 6.500 a 19.000 kN Classificação das Fundações 6 Em resumo: Espessuras de camadas variando entre 3 e 12 metros. a) Se as três camadas A, B e C têm satisfatórias características de resistência, é possível a implantação da fundação na camada A, para qualquer tipo de estrutura e valor de carga; b) Se apenas a camada A é resistente, só devemos apoiar nessa camada fundações de estruturas leves, cuja carga limite deve ser determinada por uma análise de recalques; c) Se a camada A é de fraca resistência e a B é resistente, a esta se deve transmitir a carga da estrutura por meio de uma fundação profunda, atentando-se em particular para o peso limite da estrutura (através de um estudo de recalques), quando a camada C for de fraca resistência e grande espessura; .d) Se as camadas A e B são fracas e a camada C resistente, nesta dever-se-á apoiar a fundação. Não é aconselhável a adoção de tipos diferentes de fundação para uma mesma estrutura, tendo em vista a possibilidade de acréscimo dos recalques diferenciais. Capacidade de Carga das Fundações 2016.pdf Capacidade de Carga das Fundações 1 Capítulo II - Capacidade de Carga das Fundações 1. Generalidades 1.1. Capacidade de Carga ou Pressão de Ruptura (prup) É a pressão que provoca a ruptura da fundação. 1.2. Pressão Admissível (padm) É a pressão máxima que pode ser aplicada na fundação de modo que ela não rompa nem sofra recalques excessivos. FS p p rup adm FS = 3,0 para fundações rasas; FS = 2,0 para fundações profundas sem prova de carga; FS = 1,6 para fundações profundas com prova de carga. 1.3. Pressão de Trabalho ou Pressão Atuante (ptrab) É a pressão que efetivamente atua na fundação. admtrab p LB Q p 3,0 p p FS trab rup Capacidade de Carga das Fundações 2 2. Tipos de Ruptura 2.1. Abordagem Clássica – Terzaghi A ruptura generalizada é característica dos solos de resistência média a alta. Solos arenosos (SPT médio >15): areia medianamente compacta, compacta ou muito compacta Solos argilosos (SPT médio >10): argilas de consistência rígida, média ou dura SPT (Standard Penetration Test) = número de golpes por cravação dos últimos 30 cm de um amostrador padrão. A ruptura localizada é característica dos solos de resistência média a baixa (solos arenosos de compacidade muito fofa, fofa e pouco compacta, e solos argilosos de consistência mole e muito mole). 2.2. Abordagem Mais Recente – Vésic (1975) a) Ruptura Generalizada Características: Padrão de ruptura bem definido; Ruptura brusca e catastrófica; Grande levantamento de solo nas adjacências da fundação. Capacidade de Carga das Fundações 3 b) Ruptura por Puncionamento Características: Padrão de ruptura difícil de observar; A ruptura se dá por cisalhamento em torno da base; Não há levantamento de solo nas adjacências da fundação. c) Ruptura Localizada Características: Padrão de ruptura definido claramente apenas imediatamente abaixo da fundação; Não há colapso catastrófico ou rotação da fundação. Pequeno levantamento de solo nas adjacências da fundação. Assim, considera-se que ocorre ruptura generalizada em solos mais rígidos (areias compactas a muito compactas e argilas rijas a duras), ruptura por puncionamento em solos mais compressíveis (areias pouco compactas a fofas e argilas moles a muito moles), e ruptura localizada em solos intermediários (areias medianamente compactas e argilas médias). Capacidade de Carga das Fundações 4 3. Teorias de Capacidade de Carga 3.1. Teoria de Terzaghi I ..... zona ativa II .... zona de cisalhamento radial III .. zona passiva a) Sapata Corrida Ruptura generalizada ........... γNBγ 2 1 NqNcP qCrup onde: c.......................... coesão do solo de apoio q ......................... sobrecarga (pressão efetiva que atua ao nível da base da fundação) γ ........................ peso específico do solo de apoio B ....................... menor dimensão da fundação γN;N;N qC ....... fatores de capacidade de carga f Ruptura localizada ................ ** q * C ** rup γNBγ 2 1 NqNcP c 3 2 c* ; tg 3 2 tg * Parâmetros da resistência do solo: c → coesão → ângulo de atrito interno Capacidade de Carga das Fundações 5 Fatores de Capacidade de Carga – Teoria de Terzaghi Generalizada Localizada Nc Nq N Nc * Nq * N * 0 5,7 1,0 0,0 5,7 1,0 0,0 5 7,3 1,6 0,5 6,7 1,4 0,2 10 9,6 2,7 1,2 8,0 1,9 0,5 15 12,9 4,4 2,5 9,7 2,7 0,9 20 17,7 7,4 5,0 11,8 3,9 1,7 25 25,1 12,7 9,7 14,8 5,6 3,2 30 37,2 22,5 19,7 19,0 8,3 5,7 35 57,8 41,4 42,4 25,2 12,6 10,1 40 95,7 81,3 100,4 34,9 20,5 18,8 45 172,3 173,3 297,5 51,2 35,1 37,7 48 258,3 287,9 780,1 66,8 50,5 60,4 50 347,5 415,1 1.153,2 81,3 65,6 87,1 b) Sapata Quadrada γNBγ4,0NqNc3,1P qCrup ** q * C ** rup γNBγ4,0NqNc3,1P c) Sapata Circular γNDγ3,0NqNc3,1P qCrup ** q * C ** rup γNDγ3,0NqNc3,1P Exemplo: Calcular a capacidade de carga da sapata corrida abaixo. Capacidade de Carga das Fundações 6 Solo: areia siltosa pouco compacta 3 2 kN/m 16γ 15º kN/m 10,5c Solução: tipo de ruptura: areia pouco compacta ruptura localizada (sapata corrida) ** q * C ** rup γNBγ 2 1 NqNcP c 3 2 c* 2* kN/m 7,0 10,5 3 2 c sobrecarga: FDγq 23 kN/m 24,0m 1,5kN/m 16q m 2,0B 9,0 7,2 7,9 º15 * * * N N N q C 2* rup /10,1479,00,20,61 2 1 7,20,427,90,7P mkNxxxxx pressão admissível: 0,3 * * FS p p rup adm 2* /03,49 0,3 10,147 mkNpadm ApQ * admadm 22,0m1,02,0A mkN /06,980,203,49Qadm OBS.: A área é calculada multiplicando-se 2,0 por 1,0 porque é sapata corrida e está sendo calculada a área por metro linear. Capacidade de Carga das Fundações 7 OBS.: INFLUÊNCIA DA ÁGUA NγBγβNqNcαp qCrup CNcα ............. parcela de coesão qNq ................. parcela de sobrecarga γNBγβ ....... parcela de atrito 1) NA1 BDH FA Não há influência. 2) NA2 BDHD FAF Influência na parcela de atrito: ba bγaγ γ subh onde: b = B – a 3) NA3 FA DH Influência na parcela de atrito: subγγ Influência na parcela de sobrecarga: yγxγq subh 3.2. Teoria de Vésic a) Fórmula para Sapata Corrida γVqvCVrup N.γ 2 1 NqNcp B fN;N;N γVqvCV Capacidade de Carga das Fundações 8 Fatores de Capacidade de Carga – Teoria de Vésic NC Nq N Nq/NC tg 0 5,14 1,00 0,00 0,20 0,00 5 6,49 1,57 0,45 0,24 0,09 10 8,35 2,47 1,22 0,30 0,18 12 9,28 2,97 1,69 0,32 0,21 15 10,98 3,94 2,65 0,36 0,27 18 13,10 5,26 4,07 0,40 0,32 20 14,83 6,40 5,39 0,43 0,36 23 18,05 8,66 8,20 0,48 0,42 25 20,72 10,66 10,88 0,51 0,47 28 25,80 14,72 16,72 0,57 0,53 30 30,14 18,40 22,40 0,61 0,58 32 35,49 23,18 30,22 0,65 0,62 35 46,12 33,30 48,03 0,72 0,70 38 61,35 48,93 78,03 0,80 0,78 40 75,31 64,20 109,41 0,85 0,84 42 93,71 85,38 155,55 0,91 0,90 45 133,88 134,88 271,76 1,01 1,00 48 199,26 222,31 496,01 1,12 1,11 50 266,89 319,07 762,89 1,20 1,19 Ruptura localizada: c 3 2 c* tg 3 2 arctg* b) Efeito da Forma γqCrup Nγ 2 1 NqNcp BqC Capacidade de Carga das Fundações 9 Coeficientes de forma: ;; qC Coeficientes de Forma Forma da Sapata C q Corrida 1,0 1,0 1,0 Retangular C q N N L B 1 tg L B 1 L B 0,4-1 Quadrada ou Circular C q N N 1 tg1 0,6 c) Efeito da Inclinação e Excentricidade das Cargas iqiqcic B γqcrup N'γ 2 1 NqNcp Fatores de inclinação de carga: iqici ;; Menor dimensão útil da fundação: B’ LB Q p trab 0,3 trab rup p p FS Capacidade de Carga das Fundações 10 LB Q pmáx L'B' Q p trab Le LL 2 ' 2 Cálculo das Dimensões Úteis B L eBB eLL 2' 2' Observação: m 1,600,3022,20L' 1,80m0,1022,00B' Na fórmula, para este caso, o adotado será 1,60mB' . 1m γi m qi C qi qiCi cotgL'B'cQ P 1ξ cotgL'B'cQ P 1ξ tgN ξ1 ξξ θsenmθcosmm 2B 2 L B L 1 B L 2 mL L B 1 L B 2 mB θ = arc tg (eB / eL) Capacidade de Carga das Fundações 11 d) Verificação ao Deslizamento A'ctgQP amáx (carregamento horizontal) cca adesão do concreto e do solo L' x B'A' (área útil da sapata) 1,5 P P FS máxd e) Verificação da Situação de Compressão da Base 6 1 L e B e LB 9 1 22 L e B e LB Observação: θsenmθcosmm 2B 2 L 90ºθ 1m0mm BL Bmm 0ºθ 0m1mm BL Lmm Capacidade de Carga das Fundações 12 f) Viga de Equilíbrio (Viga Alavanca pela NBR 6122/2010) L e VVR L e VVR 122 111 Observações (NBR-6122/2010): a) Quando ocorre uma redução de carga, a fundação deve ser dimensionada considerando-se apenas 50% dessa redução. b) Quando da soma dos alívios puder resultar tração na fundação do pilar interno, sua fundação deve ser dimensionada para suportar a tração total e pelo menos 50% da carga de compressão desse pilar (sem o alívio). g) Pressão Máxima de Bordo LB Q Kσ máx K tabela Capacidade de Carga das Fundações 13 Exemplo do uso da tabela: B eB K L eL Supondo: 113,0 085,0 L e B e L B calcular o valor de K. 0,10 2,20 2,34 0,085 x K y 0,08 2,08 2,21 0,10 0,113 0,12 11,2 0,0850,10 0,080,10 2,20 2,082,20 x x 24,2y 0,0850,10 0,080,10 y2,34 2,212,34 23,2K 0,1130,12 Ky y2,34 xy Capacidade de Carga das Fundações 15 Tabela – Fator “K” Carregamento Excêntrico B eB 0,34 4,17 4,42 4,69 4,98 5,28 5,62 5,97 0,32 3,70 3,93 4,17 4,43 4,70 4,99 5,31 5,66 6,04 6,46 0,30 3,70 3,54 3,75 3,98 4,23 4,49 4,78 5,09 5,43 5,81 6,23 6,69 0,28 3,03 3,22 3,41 3,62 3,84 4,08 4,35 4,63 4,94 5,28 5,66 6,08 6,56 0,26 2,78 2,99 3,13 3,32 3,52 3,74 3,98 4,24 4,53 4,84 5,19 5,57 6,01 6,51 0,24 2,56 2,72 2,88 3,06 3,25 3,46 3,68 3,92 4,18 4,47 4,79 5,15 5,55 6,01 6,56 0,22 2,38 2,53 2,68 2,84 3,02 3,20 3,41 3,64 3,88 4,15 4,44 4,77 5,15 5,57 6,08 6,69 0,20 2,22 2,36 2,50 2,66 2,82 2,99 3,18 3,39 3,62 3,86 4,14 4,44 4,79 5,19 5,66 6,23 0,18 2,08 2,21 2,35 2,49 2,64 2,80 2,98 3,17 3,38 3,61 3,86 4,15 4,47 4,84 5,28 5,81 6,46 0,16 1,96 2,08 2,21 2,34 2,48 2,63 2,80 2,97 3,17 3,38 3,62 3,88 4,18 4,53 4,94 5,43 6,01 0,14 1,84 1,96 2,08 2,21 2,34 2,48 2,63 2,79 2,97 3,17 3,39 3,64 3,92 4,24 4,63 5,09 5,66 0,12 1,72 1,84 1,96 2,08 2,21 2,34 2,48 2,63 2,80 2,97 3,18 3,41 3,68 3,98 4,35 4,78 5,31 5,97 0,10 1,60 1,72 1,84 1,96 2,08 2,21 2,34 2,48 2,63 2,80 2,99 3,20 3,46 3,74 4,08 4,49 4,99 5,62 0,08 1,48 1,60 1,72 1,84 1,96 2,08 2,21 2,34 2,48 2,63 2,82 3,02 3,25 3,52 3,84 4,23 4,70 5,28 0,06 1,36 1,48 1,60 1,72 1,84 1,96 2,08 2,21 2,34 2,48 2,66 2,84 3,06 3,32 3,62 3,98 4,43 4,98 0,04 1,24 1,36 1,48 1,60 1,72 1,84 1,96 2,08 2,21 2,34 2,50 2,68 2,88 3,13 3,41 3,75 4,17 4,69 0,02 1,12 1,24 1,36 1,48 1,60 1,72 1,84 1,96 2,08 2,21 2,36 2,53 2,72 2,97 3,22 3,54 3,93 4,42 0,00 1,00 1,12 1,24 1,36 1,48 1,60 1,72 1,84 1,96 2,08 2,22 2,38 2,56 2,78 3,03 3,33 3,70 4,17 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34 L eL Capacidade de Carga das Fundações 16 h) Duas Camadas Esta situação corresponde à existência de uma segunda camada subjacente à camada superficial onde está embutida a sapata, com características de resistência e compressibilidade diferentes da outra, sendo ambas atingidas pelo bulbo de pressões. Um procedimento prático é determinar a capacidade de carga considerando apenas a primeira camada (σr1) e, depois, a capacidade de carga para uma sapata fictícia, com dimensões conforme indicado a seguir, apoiada no topo da segunda camada (σr2). Capacidade de Carga das Fundações 17 Ou seja, se a sapata real tem dimensões B e L e está apoiada a uma profundidade Df, a sapata fictícia terá dimensões B+a e L+a, apoiada a uma profundidade Df+a. Ao se comparar os dois valores de capacidade de carga, se: σr1 ≤ σr2 → OK Isso significa que a parte inferior da superfície de ruptura se desenvolve em solo mais resistente e, então, pode-se adotar, a favor da segurança, que a capacidade do sistema (σr) é: σr = σr1 No entanto, se a segunda camada é menos resistente, ou seja, σr1 > σr2, adota-se a média ponderada dos dois valores, dentro do bulbo de pressões. a. σr1 + b. σr2 σr1,2 = ───────── a + b Em seguida, verifica-se se não haveria antes a ruptura da segunda camada, na iminência de se aplicar esse valor de tensão na sapata fictícia. Para isso, calcula-se a parcela propagada dessa tensão até o topo da segunda camada (Δσ) e compara-se esse valor com σr2. σr1,2.B.L Δσ = ──────── (B+a).(L+a) Se Δσ ≤ σr2 → OK. A capacidade de carga do sistema (σr) será a própria capacidade de carga média do bulbo (σr1,2). Caso Δσ > σr2, será necessário reduzir o valor da capacidade de carga média, de modo que o valor propagado (Δσ) não ultrapasse σr2. Para isso, aplica-se uma regra de três simples: σr2 σr = σr1,2.─── Δσ OBS.: PARÂMETROS DO SOLO Apresentam-se, a seguir, métodos para estimar os parâmetros dos solos envolvidos na determinação da capacidade de carga de uma fundação. Coesão Para a estimativa do valor da coesão, sugere-se a seguinte correlação com o índice de resistência à penetração (Nspt) médio da camada (Teixeira e Godoy, 1996): c = 10.Nspt (kPa) Capacidade de Carga das Fundações 18 Ângulo de Atrito Interno Para a adoção do ângulo de atrito interno de uma areia, pode-se utilizar o gráfico a seguir (Mello, 1971), que mostra correlações estatísticas entre os pares de valores (σv; Nspt) e os prováveis valores de ϕ, em que σv é a tensão vertical efetiva à cota de obtenção de Nspt. Ainda para a estimativa do ângulo de atrito interno do solo, podem ser usadas as seguintes correlações empíricas: ϕ = 28o + 0,4.Nspt (Godoy, 1983) ϕ = (20.Nspt) 1/2 + 15 o (Teixeira, 1996) Capacidade de Carga das Fundações 19 Peso Específico Se não houver ensaios de laboratório, pode ser adotado o peso específico do solo a partir dos valores aproximados das tabelas a seguir: Peso Específico de Solos Argilosos (Godoy, 1972) Nspt Consistência Peso Específico (kN/m 3 ) ≤ 2 muito mole 13 3 - 5 mole 15 6 - 10 média 17 11 - 19 rija 19 ≥ 20 dura 21 Peso Específico de Solos Arenosos (Godoy, 1972) Nspt Compacidade Peso Específico (kN/m 3 ) Seca Úmida Saturada < 5 fofa 16 18 19 5 - 8 pouco compacta 9 - 18 medianamente compacta 17 19 20 19 - 40 compacta 18 20 21 > 40 muito compacta Recalques 2016.pdf Recalques 1 Capítulo III - Recalques 1 . Bulbo de Pressões É a região do subsolo limitada pela isóbara correspondente a 10% da carga aplicada. Os pontos que estão fora do bulbo praticamente não sofrem influência da pressão exercida. Para sapatas retangulares em que L = 2 a 4.B, considera-se que o bulbo de pressões terá profundidade igual a 3.B a partir da base da fundação. Se a sapata for corrida (L ≥ 5.B), essa profundidade chega a 4.B. 2 . Tipos de Recalque Quanto à Grandeza a ) Absoluto É o recalque de uma peça de fundação ou de um ponto numa fundação monolítica. b ) Diferencial É a diferença entre dois recalques absolutos. Dá idéia de desnível entre dois pontos. 21dif δδΔ Recalques 2 c ) Distorcional (Distorção Angular ou Recalque Diferencial Específico) É a relação entre o recalque diferencial correspondente a dois pontos e a distância entre eles. Dá idéia de danos estruturais. L δδ Δ 21dist Distorções Angulares e Danos Associados (Bjerrum, 1963) 1/150 Limite em que são temidos danos estruturais nos edifícios em geral. Limite de segurança para paredes flexíveis de alvenaria 4 1 l h Fissuração considerável em paredes de alvenaria. 1/250 Limite em que o desaprumo dos edifícios altos e rígidos se torna visível. 1/300 Limite em que são esperadas as primeiras fissuras em paredes divisórias. Limite em que são esperadas dificuldades em pontes rolantes. 1/500 Limite de segurança para edifícios em que não são admitidas fissuras. 1/600 Limite de perigo para pórticos com contraventamento. 1/750 Limite a partir do qual são temidas dificuldades com máquinas sensíveis a recalques. Distorções Angulares e Danos Associados (Vargas & Silva, 1973) 1/125 Edifícios largos (B>15m): fissuras na estrutura; inclinação notável, necessidade de reforço. 1/175 Edifícios largos: fissuras graves, pequena inclinação. 1/225 Edifícios estreitos (B<15m): fissuras na estrutura, inclinação notável, necessidade de reforço. 1/275 Edifícios estreitos: fissuras na estrutura e pequena inclinação 1/325 Edifícios estreitos: fissuras na alvenaria 1/375 Edifícios largos: fissuras na alvenaria 1/500 Edifícios largos: não são produzidos danos ou inclinações 1/550 Edifícios estreitos: não são produzidos danos ou inclinações Recalques 3 3 . Recalque Admissível É o recalque (absoluto, diferencial ou distorcional) que a estrutura pode tolerar sem sofrer danos estruturais, funcionais ou estéticos. FS Δ Δ lim seg adm adm FS = 1,2 a 1,3 Fatores que provocam recalques distorcionais: Variação da espessura da camada compressível; Variação das cargas entre os diferentes pilares; Heterogeneidade da camada compressível. Recalques Máximos Tipo de movimento Fator limitativo Recalque máximo Recalque Total Drenagem 6 a 12 pol. Acesso 12 a 24 pol. Probabilidade de recalque desuniforme (estruturas com paredes de pedra) 1 a 2 pol. Estruturas reticuladas 2 a 4 pol. Chaminés, silos e radier 3 a 12 pol. Inclinação Tombamento de chaminés e torres 0,004 x L Rolamento de caminhões, etc. 0,01 x L Empilhamento de mercadorias 0,01 x L Operação de máquinas de algodão 0,003 x L Operação de máquinas (turbo gerador) 0,0002 x L Trilhos de guindaste 0,003 x L Drenagem de pisos 0,01 a 0,02 x L Movimento Diferencial Paredes de tijolos contínuas e elevadas 0,0005 a 0,001 x L Silo de pedra com um pavimento, fissuramento da parede 0,001 a 0,002 x L Fissuramento de gesso 0,001 x L Prédios de concreto armado 0,0025 a 0,004 x L Paredes em concreto armado 0,003 x L Estruturas de aço contínuas 0,002 x L Quadro simples de aço 0,005 x L Recalques 4 Nota: “L” é a distância entre pilares adjacentes com recalques diferentes, ou entre dois pontos quaisquer que recalcam diferentemente. Os valores superiores são para recalques menos desuniformes em estruturas mais tolerantes. Os valores inferiores são para recalques mais irregulares em estruturas críticas (mais sensíveis). 4 . Tipos de Recalque Quanto ao Tempo de Ocorrência 4.1. Rápidos ou Imediatos Os recalques acontecem logo após a colocação da carga, ou seja, quando a obra acaba, os recalques cessam. Ocorrem nos solos arenosos e também nas argilas não saturadas ou quando carregadas bruscamente. 4.2. Lentos ou por Adensamento Mesmo após o término da colocação da carga, os recalques continuam. Ocorrem nos solos coesivos, provenientes da expulsão da água dos vazios dos solos. Rápidos ou imediatos Lentos ou por adensamento Observação: Outras causas de recalque Cargas dinâmicas (vibrações, tremores de terra); Operações vizinhas (escavações e novas estruturas); Erosão do subsolo (ruptura de tubulação subterrânea); Alteração química do solo; Rebaixamento do nível d’água. Recalques 5 σef i = a.γh1 + b.γsub1 + c.γsub2 σef f = (a + x).γh1 + (b – x).γsub1 + c.γsub2 11 subhieffefef xx 11 subhef x 011 subh O aumento de pressão efetiva numa camada compressível (medido no seu ponto médio) gera adensamento. 5 . Cálculo de Recalques por Adensamento ief fef i C p p logH e1 C ΔH ief p - pressão efetiva inicial fef p - pressão efetiva final ie - índice de vazios inicial %100 ΔH U tt tU - porcentagem (grau) de adensamento t - recalque no tempo t. 2 d v H tC T T - fator tempo vC - coeficiente de adensamento (ensaio) t - tempo decorrido (segundos) dH - altura de drenagem TU t (relação biunívoca) Recalques 6 Fator Tempo x Grau de Adensamento U (%) T U (%) T 0 0 55 0,239 5 0,002 60 0,286 10 0,008 65 0,342 15 0,018 70 0,403 20 0,031 75 0,477 25 0,049 80 0,567 30 0,071 85 0,684 35 0,096 90 0,848 40 0,126 95 1,129 45 0,159 100 50 0,197 6 . Cálculo de Recalques Rápidos (Teoria da Elasticidade Método de Housel – Barata) 2Δ μ1 E B ..C.Δ p E ....................... módulo de elasticidade; B ....................... menor dimensão; p ....................... carga distribuída S Q p ; CΔ ..................... coeficiente de forma (tabela) μ ...................... coeficiente de Poisson (tabela – pode-se adotar sempre 0,3μ para qualquer tipo de solo) λ ...................... coeficiente de Mindlin (ábaco) No ábaco, h → profundidade de assentamento da fundação. Recalques 7 Fator de Forma: CΔ Sapata rígida 0,05m 4 bB H Observação: não tendo informação, adotar rígida. Fatores de Forma - C Forma da base Sapatas Flexíveis Sapatas Rígidas Centro Borda Médio Circular 1,00 0,64 0,85 0,88 Quadrada 1,12 0,56 0,95 0,82 R et an g u la r L/B = 1,5 1,36 0,68 1,20 1,06 L/B = 2,0 1,53 0,77 1,31 1,20 L/B = 5,0 2,10 1,05 1,83 1,70 L/B = 10,0 2,52 1,26 2,25 2,10 L/B = 100 3,30 1,69 2,96 3,40 Coeficiente de Poisson: μ Coeficientes de Poisson - Tipos de solo Argilas saturadas 0,4 – 0,5 Argilas não saturadas 0,1 - 0,3 Areias argilosas 0,2 – 0,3 Siltes 0,3 – 0,35 Areias 0,2 – 0,4 Módulo de elasticidade: E cqE a NKqc a ....................... coeficiente de Trofimenkov (tabela) K ...................... tabela N ...................... nº de golpes do SPT; Recalques 8 Então: .................................. NKE a Solo a Areia 3 Silte 5 Argila 7 Solo K (MPa) Areia com pedregulhos 1,1 Areia 0,9 Areia siltosa 0,7 Areia argilosa 0,55 Silte arenoso 0,45 Silte 0,35 Argila arenosa 0,3 Silte argiloso 0,25 Argila siltosa 0,2 Teixeira, A.H. (1993) Coeficiente de Mindlin: λ Recalques 9 Recalques 10 Exemplo: 6ka E m 1Z 111 4ka E m 2Z 112 8ka E m 3Z 113 10ka E m 4Z 114 19ka E m 5Z 225 17ka E m 6Z 226 ... 1111 NkaE 2222 NkaE 3333 NkaE 4444 NkaE 321 332211 hhh hEhEhE E sendo: BDhhh f 2321 Recalques 11 Exercício: Calcular o recalque da fundação. kN 2.500Q Solo 1: silte argiloso médio: = 27º , c = 70 kN/m2 , h = 17 kN/m 3 Solo 2: silte arenoso compacto: = 34º , c = 180 kN/m2 , h = 18 kN/m 3 Solução: 2Δ μ1 E B pC.Δ Z a K(MPa) N a.k.NE (MPa) 1 5 0,25 6 7,50 2 5 0,25 8 10,00 3 5 0,45 12 27,00 4 5 0,45 14 31,50 5 5 0,45 15 33,75 6 5 0,45 16 36,00 7 5 0,45 23 51,75 8 5 0,45 27 60,75 9 5 0,45 30 67,50 10 5 0,45 42 94,50 11 5 0,45 45 101,25 Recalques 12 Df + B = 6,0 m → E = 47,25 MPa (ver gráfico) Recalques 13 2 2 kN/m 277,78 m 9,0 kN 2.500 p → p = 0,28 MPa 82,0C (tabela) 2Δ μ1 E B pC.Δ Δ = 0,68 x 0,82 x 0,28 x (3,0/47,25) x (1 – 0,32) Δ = 0,009 m ∆ = 9 mm 7 . Medição e Controle de Recalques 7.1. Objetivos a) Acompanhar o funcionamento da fundação durante a execução da obra, para permitir tomar em tempo, as providências eventualmente necessárias; b) Esclarecer anormalidades em obras já concluídas; c) Ganhar experiência local quanto ao comportamento do solo sob determinados tipos de fundação e carregamento; d) Permitir a comparação dos valores obtidos com valores calculados, visando o aperfeiçoamento dos métodos de previsão de recalques e de fixação das cargas admissíveis. Numa instrumentação podemos ter 3 tipos de acompanhamento: Deslocamentos (horizontais ou verticais); Cargas; Registro de anormalidades. Recalques 14 7.2. Medição de Recalques Recalque no instante ti: i0i llΔ Velocidade entre os tempos ti e ti+1 i1i 1ii 1ii, tt ll V Observação: a primeira leitura é a mais importante, pois é a referência para todas as outras leituras. Quanto mais tempo de demora para fazer a primeira leitura, mais movimentos estão deixando de ser registrados. Referência de nível Em regiões urbanas BENCH-MARK = vergalhão de aço chumbado na rocha 7.3. Abertura de Fissuras Acompanhamento: qualitativo quantitativo No acompanhamento qualitativo é usual cobrir com gesso, anotar a data e verificar periodicamente se o gesso fissurou. Recalques 15 Em locais onde o gesso pode ficar difícil de verificar se está fissurado (como no interior de túneis, por exemplo), ele pode ser substituído por placas de vidro de pequena espessura, coladas em ambos os lados da fissura com resina epóxi. No acompanhamento quantitativo é usual cravar pinos nos dois lados da fissura, medir distâncias nas diagonais. Verificar a evolução. Medidor de Junta Triortogonal Fundações Profundas 2016.pdf Fundações Profundas 1 Capítulo V – Fundações Profundas 1 . Estacas 1.1. Esforços nas estacas a ) Axial de compressão b ) Axial de tração c ) Momento fletor 1.2. Classificação a ) Quanto ao material Madeira; Aço; Concreto (simples, armado, centrifugado, protendido); Mista (aço + concreto) b ) Quanto ao processo executivo Pré-moldadas ou pré-fabricadas Moldadas “in situ” 1.3. Principais características 1.3.1 Estacas de madeira Fundações Profundas 2 Dimensões Mínimas Dimensões mínimas: cm 15 cm 25 base topo O segmento de reta que une os centros de gravidade do topo e da base tem que estar totalmente dentro do corpo da estaca. Proteção no topo e na ponta. Emendas Fundações Profundas 3 Características: Usadas em obras provisórias ou de pequeno porte; Em obras permanentes devem permanecer totalmente submersas durante toda a sua vida útil ou receber tratamento para sua preservação; Madeiras mais usadas: eucalipto, peroba do campo, maçaranduba, etc.; A cravação é normalmente executada com martelo de queda livre, cuja relação entre o peso do martelo e o peso da estaca deve ser o maior possível, respeitando-se a relação mínima de 1,0. Comprimento limitado em função da altura das árvores e baixa capacidade de carga estrutural em função da resistência à compressão das madeiras. D (cm) Carga de Trabalho (kN) 20 150 25 200 30 300 35 400 40 500 Esses valores representam apenas uma ordem de grandeza, pois dependem do tipo e da qualidade da madeira. Fonte: Alonso (1998) 1.3.2 Estacas de aço São constituídas por perfis laminados ou soldados, simples ou múltiplos, tubos de chapa dobrada, tubos sem costura e trilhos. perfis chapas soldadas perfis soldados tubos laminados tubos soldados trilhos trilhos soldados trilhos soldados Fundações Profundas 4 Vantagens: - são reaproveitadas repetidas vezes em serviços provisórios; - trabalham bem à flexão; - têm elevada capacidade de carga estrutural; - resistem bem ao transporte e manuseio; - facilidade de corte e emenda; - facilidade de cravação em quase todos os tipos de terreno (produz menos vibração no solo); - têm elevada resistência durante a cravação; - em pilares de divisa, podem ser cravadas faceando a divisa. Desvantagens: - custo mais elevado; - corrosão (como solução, usa-se pintar de zarcão ou envolver a parte exposta com concreto). As estacas de aço que estiverem total e permanentemente enterradas, independentemente da situação do lençol freático, dispensam tratamento especial, desde que seja descontada a espessura indicada na Tabela abaixo. Classe Espessura Mínima de Sacrifício (mm) Solos em estado natural e aterros controlados 1,0 Argila orgânica; solos porosos não saturados 1,5 Turfa 3,0 Aterros não controlados 2,0 Solos contaminados * 3,2 * Casos de solos agressivos devem ser estudados especificamente SσQ açoadmestr onde S = área calculada descontando-se a espessura de sacrifício das faces das seções das estacas MPa 120σ aço adm Obs.: Na prática, usa-se a área nominal e adotam-se valores de 80 a 90 MPa para a tensão admissível do aço. Fundações Profundas 5 Emendas Estaca Tipo/Dimensão Carga de Trabalho (kN) Trilhos Usados TR 25 200 TR 32 250 TR 37 300 TR 45 350 TR 50 400 2 TR 32 500 2 TR 37 600 3 TR 32 750 3 TR 37 900 Perfis I e H H 6” 400 I 8” 300 I 10” 400 I 12” 600 2 I 10” 800 2 I 12” 1200 Fonte: Velloso e Lopes (2002) Peças Reutilizadas Deve ser verificada a seção real mínima da peça. A perda de massa por desgaste mecânico ou natural deve ser de, no máximo, 20% do valor nominal da peça nova. A carga admissível (ou resistente de projeto) deve ser fixada após análise dos aspectos geotécnicos de transferência de carga para o solo. No caso de trilhos, devem ser empregados elementos cuja composição química seja de aço-carbono comum, devendo ser evitados aços especiais duros, face à dificuldade de emendas. Se esse tipo de trilho for empregado, o projeto deve especificar os procedimentos de soldagem. Cravação A cravação das estacas pode ser feita por percussão, prensagem ou vibração e a escolha do equipamento deve ser feita de acordo com o tipo, dimensão da estaca, características do solo, condições d vizinhança, características do projeto e peculiaridades do local. Fundações Profundas 6 Para levar a estaca até a profundidade prevista, sem danificá-la, o uso de martelos mais pesados e com menor altura de queda é mais eficiente do que o uso de martelos mais leves e com grande altura de queda. Quando a cravação for executada com martelo de queda livre, devem ser observadas as seguintes condições: - peso do martelo não inferior a 10 kN; - peso do martelo não inferior a 30 kN para estacas com carga de trabalho entre 0,7 MN e 1,3 MN; - para estacas com carga de trabalho superior a 1,3 MN, a escolha do sistema de cravação deve ser previamente analisada. No uso de martelos automáticos ou vibratórios, devem-se seguir as recomendações dos fabricantes. 1.3.3 Estacas de concreto a) Pré-moldadas - Podem ser de concreto armado ou protendido; - Podem ser moldadas por vibração ou centrifugação (SCAC – Sociedade de Concreto Armado Centrifugado) - Vantagem do concreto centrifugado – é mais leve para uma mesma capacidade de carga. Vantagens: - possibilidade de se obter concreto de boa qualidade; - não são atacadas por microorganismos; - não sofrem o estrangulamento da seção quando atravessam uma camada de terreno mole. Desvantagens: - tamanhos modulados; - para o transporte e cravação são necessárias armaduras adicionais. Cravação: A cravação das estacas pode ser feita por percussão, prensagem ou vibração e a escolha do equipamento deve ser feita de acordo com o tipo, dimensão da estaca, características do solo, condições d vizinhança, características do projeto e peculiaridades do local. Para levar a estaca até a profundidade prevista, sem danificá-la, o uso de martelos mais pesados e com menor altura de queda é mais eficiente do que o uso de martelos mais leves e com grande altura de queda. Fundações Profundas 7 Quando a cravação for executada com martelo de queda livre, devem ser observadas as seguintes condições: - peso do martelo não inferior a 20 kN; - peso do martelo, no mínimo, igual a 75% do peso total da estaca; - peso do martelo não inferior a 40 kN para estacas com carga de trabalho entre 0,7 MN e 1,3 MN; - para estacas com carga de trabalho superior a 1,3 MN, a escolha do sistema de cravação deve ser previamente analisada. No uso de martelos automáticos ou vibratórios, devem-se seguir as recomendações dos fabricantes. O armazenamento e içamento de estacas pré-moldadas na obra devem obedecer às prescrições do fabricante, que deve disponibilizar todas as informações necessárias para evitar fissuramento excessivo ou quebra das estacas. Levantamento por 1 ponto: dimensionar as armaduras para os esforços de momentos. Levantar pelo ponto onde M + = M - Levantamento por 2 pontos: Reforço de armadura: Fundações Profundas 8 Emenda Pode ser por concretagem de um trecho necessário ao transpasse das armaduras de duas estacas ou por soldagem dos anéis metálicos de duas estacas. Estaca Dimensão (cm) Carga de Trabalho (kN) Pré-moldada Vibrada Quadrada 20 x 20 400 25 x 25 600 30 x 30 900 35 x 35 1200 Pré-moldada Vibrada Circular ϕ 22 400 ϕ 29 600 ϕ 33 800 Pré-moldada Protendida Circular ϕ 20 350 ϕ 25 600 ϕ 33 900 Pré-moldada Centrifugada (Seção Vazada) ϕ 20 300 ϕ 23 400 ϕ 26 500 ϕ 33 750 ϕ 38 900 ϕ 42 1.150 ϕ 50 1.700 ϕ 60 2.300 ϕ 70 3.000 Fonte: Adaptada de Alonso (1998) e Velloso e Lopes (2002) Observação: Estaca Mega Elemento de Estaca Mega de Concreto - diâmetro.....................300 mm - carga de trabalho.........CT = 700 kN - carga de cravação........CC = 1050 kN Vantagens: - Podem ser utilizadas em lugares confinados; - Não provocam vibrações; - Cada estaca é submetida a uma prova de carga. Fundações Profundas 9 Desvantagens: - Custo maior; - Tempo de execução elevado. b) Estacas moldadas “in situ” O método de execução consiste em se efetuar uma perfuração no terreno e preenchê-la com concreto. Vantagens: - Algumas destas estacas podem ser executadas sem cravação; - Evitam o problema de transporte; - Podem ser executadas no comprimento, sem cortes ou emendas. Desvantagens: - Nas estacas executadas com revestimento recuperável, pode ocorrer descontinuidade do fuste ou desalinhamento quando se estiver executando uma estaca adjacente; - Não há controle da concretagem; - Possibilidade de desalinhamento ou estrangulamento do fuste ao se atravessar camadas moles. Observação: Estacas Escavadas com Trado Mecânico, sem Fluido Estabilizante (Estaca Broca) O método de execução consiste na abertura de um furo com trado espiral mecânico (a NBR 6122/2010 não faz menção ao trado manual), sem uso de revestimento ou fluido estabilizante; limpeza completa do fundo da perfuração com a retirada do material desagregado durante a escavação; colocação da armadura (com estribo helicoidal) e lançamento do concreto (com fator água / cimento baixo). Aplicar golpes de um pilão para promover o adensamento do concreto. A concretagem deve ser feita no mesmo dia da perfuração, por meio de um funil com comprimento mínimo igual a 1,5 m, para orientar o fluxo do concreto. Características: - Comprimento limitado; - Só podem ser executadas em solos argilosos; - Sua profundidade é limitada ao nível do lençol freático; - Não se devem executar estacas com espaçamento inferior a 3 diâmetros em intervalo inferior a 12 h. Essa distância refere-se à estaca de maior diâmetro. Fundações Profundas 10 D (cm) Carga de Trabalho (kN) 20 150 25 200 Fonte: Velloso e Lopes (2002) Observação: Estacas Strauss O método de execução consiste na cravação de um tubo de ponta aberta, com limpeza de seu interior por meio de sonda ou piteira. Ao se atingir a profundidade desejada, será lançada água no interior dos tubos para sua limpeza, sendo a água e a lama totalmente retiradas pela piteira. O concreto é lançado por meio de um funil no interior do revestimento, em quantidade suficiente para se ter uma coluna de 1,0 m, que deve ser apiloado com o auxílio de um pilão metálico, visando à formação de um “bulbo” na base da estaca. Igual volume de concreto será novamente lançado e executado novo apiloamento, iniciando-se a remoção dos tubos de revestimento, com auxílio de um guincho mecânico. Esta operação se repetirá até que o concreto atinja a cota desejada, com a máxima precaução, a fim de impedir sua descontinuidade, completando assim, eventuais espaços vazios e preenchendo as deformações no subsolo. Para estacas armadas, a gaiola de armadura deve ser introduzida no revestimento antes da concretagem. Fundações Profundas 11 Características: - Pela leveza e simplicidade do equipamento que emprega, pode ser utilizada em locais confinados, em terrenos acidentados, ou ainda no interior de construções existentes com pé-direito reduzido; - O processo não causa vibrações; - Facilidade de locomoção dentro da obra; - Para a garantia da continuidade do fuste, deve ser mantida, dentro da tubulação, durante o apiloamento, uma coluna de concreto suficiente para que ele ocupe todo o espaço perfurado e eventuais vazios no subsolo; - A concretagem para estaca Strauss é feita até um pouco acima da cota de arrasamento da estaca, deixando-se um excesso para o corte da cabeça da estaca; - Esse tipo de estaca não deve ser utilizado em areias submersas ou em argilas muito moles saturadas; - A ponta da estaca deve estar em material de baixa permeabilidade para permitir as condições necessárias para limpeza e concretagem; - O diâmetro mínimo para execução de estacas armadas é de 32 cm; - Consumo de cimento não inferior a 300 kg/m 3 ; - Abatimento ou Slump Test entre 8 cm e 12 cm para estacas não armadas, e entre 12 cm e 14 cm para estacas armadas; - Não se devem executar estacas com espaçamento inferior a 5 diâmetros em intervalo inferior a 12 h. Essa distância refere-se à estaca de maior diâmetro. D (cm)* Carga de Trabalho (kN) 22 200 27 300 32 400 42 700 52 1.070 Fonte: Falconi, Souza Filho e Fígaro (1998) * Diâmetro externo do revestimento Fundações Profundas 12 Observação: Estacas Franki Processo executivo: - Formação de bucha de brita e areia aderida ao tubo; - Cravação do tubo de ponta fechada com aplicação de golpes do martelo na bucha, por dentro do tubo; - Após atingir-se a nega, expulsão da bucha e formação de uma base alargada, lançando-se concreto com baixo fator água/cimento (igual a 0,18), e apiloando-se com o martelo; - Na confecção da base, é necessário que os últimos 0,15 m 3 sejam introduzidos com uma energia mínima de 2,5 MN x m para as estacas com diâmetro igual ou inferior a 450 mm, e de 5,0 MN x m para as estacas com diâmetro de 520 mm e 600 mm. Para as estacas com diâmetro de 700 mm, os últimos 0,25 m 3 devem ser introduzidos com uma energia mínima de 9,0 MN x m. - Colocação da armadura de fuste, pré-montada com vergalhões longitudinais e um estribo helicoidal, que deve ficar ancorada na base; - Concretagem do fuste, com concreto seco (fator água/cimento = 0,36), apiloamento e concomitante retirada do tubo, deixando-se uma altura mínima de concreto dentro do tubo, até atingir pelo menos 0,30 m acima da cota de arrasamento; - As negas de cravação do tubo devem ser obtidas de duas maneiras em todas as estacas: para 10 golpes de 1,0 m de altura de queda do pilão, e para 1 golpe de 5,0 m de altura de queda do pilão; - Pelo menos 1% das estacas, e no mínimo uma por obra, deve ser exposta abaixo da cota de arrasamento e, se possível, até o nível d’água, para verificação da integridade e qualidade do fuste; - Não se devem executar estacas com espaçamento inferior a 5 diâmetros em intervalo inferior a 12 h. Essa distância refere-se à estaca de maior diâmetro; - Concreto com consumo de cimento não inferior a 350 kg/m 3 . ESTACA TIPO FRANKI Fundações Profundas 13 Vantagens: - Comprimento compatível com a necessidade técnica; - Grande aderência ao solo (atrito lateral); - Maior capacidade de resistência de ponta (alargamento da base). Desvantagens: - Grande vibração do solo durante a cravação (obras vizinhas); - Possibilidade de seccionamento do fuste em solos moles. Variantes da estaca Franki: Com perfuração prévia Utiliza-se a perfuração para atravessar uma camada superficial mais resistente, iniciando-se, a partir daí, o processo padrão. Mista Repete o padrão (Franki) até o alargamento da base; Coloca-se um elemento pré-moldado no comprimento necessário. É usada quando se têm problemas para atravessar uma camada mole, de modo a evitar o estrangulamento do fuste. Tubada Mesmo procedimento padrão até concretar o fuste; a diferença consiste em que neste método, o tubo permanece no local. É utilizado, por exemplo, para concretagem dentro d’água. Fundações Profundas 14 Carga de Trabalho D (cm) Carga de Trabalho (kN) 30 450 35 650 40 850 45 1.100 52 1.500 60 1.950 70 2.600 Fonte: Maia (1998) Pesos e Diâmetros dos Pilões Diâmetro da Estaca (cm) Peso do Pilão (kN) Diâmetro do Pilão (m) 30 10 0,18 35 15 0,18 40 20 0,25 45 25 0,28 52 28 0,31 60 30 0,38 70 34 0,43 Observação: Estacas Escavadas com Uso de Fluido Estabilizante O processo consiste na colocação de um tubo guia metálico com comprimento não inferior a 1,0 para direcionamento da ferramenta de perfuração; execução do furo até a profundidade de projeto, mantendo-se a perfuração com lama tixotrópica ou polímero sintético até quase a superfície; colocação da armadura (gaiola montada externamente); desarenação (retirada da areia no fundo da perfuração); concretagem submersa (utilizando- se um tubo – tremonha). Características: - Estacas de grande diâmetro (maior ou igual a 60 cm); - Escavação utilizando-se lama tixotrópica ou polímero sintético, a fim de evitar o desmoronamento das paredes da perfuração; - A escavação é feita simultaneamente com o lançamento do fluido estabilizante, cuidando-se para que seu nível esteja sempre no mínimo 1,5 m acima do lençol freático; - Procede-se, em seguida, ao processo de desarenação e colocação da armadura; - Tratando-se de polímero, a decantação é imediata, não necessitando de desarenação, mas apenas limpeza do fundo. - A concretagem deve ser feita até, no mínimo, 0,50 m acima da cota de arrasamento; - Pelo menos 1% das estacas, e no mínimo uma por obra, deve ser exposta abaixo da cota de arrasamento e, se possível, até o nível d’água, para verificação da integridade e qualidade do fuste; Fundações Profundas 15 - Não se devem executar estacas com espaçamento inferior a 5 diâmetros em intervalo inferior a 12 h. Essa distância refere-se à estaca de maior diâmetro; - A lama deve satisfazer às especificações relativas a densidade, viscosidade, pH e teor de areia; - Devem-se controlar as seguintes propriedades do fluido estabilizante: Densidade, Viscosidade, pH e Teor de Areia; - O concreto deve ter consumo de cimento mínimo de 400 kg/m 3 , fator água/cimento menor ou igual a 0,6, e abatimento ou “slump test” igual a 22 ± 3 cm. Vantagens: - Não causa vibração; - Capacidade de carga elevada. Desvantagens: As mesmas das estacas moldadas in-situ. Fundações Profundas 16 D (cm) Carga de Trabalho (kN) 60 1.100 70 1.500 80 2.000 100 3.100 120 4.500 140 6.200 150 7.100 160 8.200 180 10.100 200 12.500 Fonte: Saes (1998) Fundações Profundas 17 Observação: Estacas Raiz Processo executivo: - Furo revestido; - Colocação de armadura; - Concretagem com tubo injetor, colocando-se argamassa de cimento e areia; - Revestimento vai sendo retirado enquanto é injetado ar comprimido para fazer o adensamento. A estaca raiz é um tipo de estaca injetada. Ela é moldada no próprio local com argamassa, injetada sob pressão após a perfuração. As estacas raiz possuem elevada tensão de trabalho, tem seu fuste rigorosamente contínuo e são armadas ao longo de todo o seu comprimento. São utilizadas para fundações normais, estabilização de taludes e também para reforços de fundações. A perfuração é realizada por roto-percussão com circulação de água ou ar comprimido, em direção vertical ou inclinada (de 0 a 90°), por meio de ferramentas que podem atravessar terrenos de quaisquer materiais, inclusive rochas, alvenarias e concreto armado, solidarizando as estruturas atravessadas. Essa perfuração se processa com tubo de revestimento munido na extremidade de uma coroa de perfuração adequada às características do terreno. O material cavado é eliminado continuamente por água, lama ou ar comprimido, introduzido por dentro do tubo. Esse fluído, juntamente com o solo escavado, reflui pelo espaço entre o tubo e o terreno (externo), permitindo uma perfeita lubrificação da coluna, facilitando a penetração. Depois de completada esta etapa e com o revestimento ainda no furo, coloca-se a armadura e lança-se a argamassa de baixo para cima com o auxílio de um tubo de concretagem. Com o lançamento da argamassa no fundo, a água utilizada na perfuração vai sendo empurrada para cima até completa expulsão. Durante a concretagem, procede-se a retirada do encamisamento, ao mesmo tempo em que se aplica pressão na argamassa já lançada através de ar comprimido. Essa compressão é realizada várias vezes, até total execução da estaca, acrescentando a cada vez a quantidade de argamassa necessária para completar o preenchimento da tubulação. Devido à utilização de pressão de concretagem, a estaca raiz apresenta o fuste com rugosidade e expansões, e tende a aumentar o diâmetro quando atravessa horizontes de menor distância. Isso propicia uma ótima resistência por atrito lateral. A argamassa utilizada é dosada com consumo de cimento da ordem de 500 a 600 kg/m 3 de areia, fator água/cimento entre 0,5 e 0,6 e aditivos fluidificantes. Tendo em vista a pequena dimensão dos equipamentos, se comparados com outras máquinas para execução de fundações, tais estacas são uma boa solução para espaços pequenos e encostas íngremes, onde é difícil a instalação de bate-estacas tradicionais. Além disso, a execução de estacas raiz causa mínima perturbação ao ambiente que a circunda. Fundações Profundas 18 Características: - Estacas de pequeno diâmetro (até 10 cm); - Normalmente utilizada para reforço de fundação; - Além de não causar vibração, pode ser executada em lugares confinados; - Argamassa com consumo de cimento não inferior a 600 kg/m 3 e agregado constituído por areia e/ou pedrisco; - Não se devem executar estacas com espaçamento inferior a 5 diâmetros em intervalo inferior a 12 h. Essa distância refere-se à estaca de maior diâmetro. D (cm) * Carga de Trabalho (kN) 10 100 - 150 12 100 - 250 15 100 - 350 16 100 - 450 20 100 – 600 25 250 – 800 31 300 – 1.100 41 500 – 1.500 Fonte: Alonso (1998) * Diâmetro final em vez de diâmetro do tubo. A Carga de Trabalho depende da armadura utilizada. Fundações Profundas 19 Observação: Estacas Escavadas com Injeção ou Microestacas Características: - A perfuração é feita com sonda rotativa com tubos metálicos (revestimento) ou rotopercussiva por dentro dos tubos no caso de matacão ou rocha; - Esta estaca é armada e injetada, com calda de cimento ou argamassa, através de tubos com válvulas “manchete”, visando aumentar a resistência por atrito lateral; - Esse tipo de estaca comporta duas variantes com relação à armadura: na primeira delas introduz-se um tubo metálico com função estrutural, dotado de manchetes para a injeção, e, na segunda, a armadura é constituída de barras (ou gaiola) e a injeção é feita por meio de um tubo plástico também dotado de manchetes; - As válvulas manchete devem ser espaçadas de, no máximo, 1,0 m; - A primeira injeção, denominada “injeção de bainha”, ser feita a partir da extremidade inferior do tubo e deve preencher o espaço anelar entre o tubo e o furo. As demais são feitas de baixo para cima, em cada manchete, verificando-se os volumes, as pressões e critérios de injeção previstos em projeto. Fundações Profundas 20 - A argamassa a ser utilizada deve ter fck ≥ 20 Mpa, consumo de cimento não inferior a 600 kg/m 3 , fator água/cimento entre 0,5 e 0,6 e o agregado deve ser areia. Observação: Estacas Hélice Contínua Monitoradas Características: - Perfuração executada com trado helicoidal contínuo até a profundidade de projeto; a partir daí, injeção de concreto pela própria haste do trado, puxando-o sem rotação; - O concreto é bombeado pelo interior da haste, cuja ponta é fechada durante o processo de escavação por uma tampa para evitar a entrada de água ou contaminação do concreto pelo solo, sendo aberta pelo peso do concreto no início da concretagem; - O concreto a ser utilizado deve ter consumo de cimento não inferior a 400 kg/m 3 , abatimento ou “slump test” igual a 22 ± 3 cm, fator àgua/cimento menor ou igual a 0,6 e agregado constituído por areia e pedrisco; - A colocação da armadura, em forma de gaiola, deve ser feita imediatamente após a concretagem e sua descida pode ser auxiliada por peso ou vibrador; - Não se devem executar estacas com espaçamento inferior a 5 diâmetros em intervalo inferior a 12 h. Fundações Profundas 21 D (cm) Carga de Trabalho (kN) 27,5 350 30 450 35 600 40 800 42,5 900 50 1.250 60 1.800 70 2.450 80 3.200 90 4.000 100 5.000 Fonte: Antunes e Tarozzo (1998) Observação: Estaca Hélice de Deslocamento Monitorada ou Estaca Ômega Características: - As estacas tipo ômega foram introduzidas no Brasil em 1997 e são estacas moldadas "in loco" desenvolvidas como uma evolução das estacas hélice contínua, com deslocamento lateral do terreno, sem o transporte de solo à superfície, resultando numa melhora do atrito lateral. - A diferença da estaca ômega para hélice contínua está relacionada ao transporte do solo à superfície. O primeiro tipo de estaca não retira o solo, que permanece comprimido ao redor do fuste da estaca. - As vantagens de utilização da estaca ômega estão em sua rápida execução, As vantagens de utilização da estaca ômega estão em sua rápida execução, com poucos ruídos e alta capacidade de carga. Sua produção diária, em oito horas de trabalho, varia de 120 a 200 metros lineares. O "sobre consumo" de concreto varia de 5 a 30 dependendo do solo. - A carga de trabalho deverá ser fixada após análise do perfil geotécnico e podem ser executados com diâmetros de 30 cm até 60 cm, e comprimentos até 35m. A carga admissível pode chegar a 2000 kN. Fases Executivas: 1. Penetração por movimento de rotação e, eventualmente, força de compressão do trado. O tubo central é fechado por uma ponta metálica que será perdida. A penetração é levada até a profundidade prevista; 2. Introdução da armadura no tubo (em todo o comprimento da estaca). A armadura pode ser introduzida no tubo central do trado em forma de gaiola ou feixe, antes da concretagem ou ao fim da concretagem pela equipe ou com ajuda de um pilão ou vibrador; 3. Retirada do tubo por movimento de rotação no mesmo sentido e, eventualmente, esforço de tração. Simultaneamente, o concreto é injetado. Enchimento do tubo com concreto plástico. O concreto utilizado é caracterizado pela mistura de Fundações Profundas 22 agregados (pedrisco e areia), o consumo mínimo de cimento é de ordem de 400 kg/m 3 , o fator água/cimento deve ser menor ou igual a 0,6 e o abatimento deve ser de 22 ± 3 cm. Observação: Estacas Trado Vazado Segmentado A estaca trado vazado segmentado é executada mediante a introdução no terreno, por rotação, de um trado helicoidal constituído por segmentos rosqueados acopláveis, dispostos na própria perfuratriz em um sistema mecânico denominado alimentador de hélices. Os trados ou hélices possuem um tubo central vazado, com uma tampa metálica na sua extremidade inferior para evitar que haja entrada de solo ou água durante a perfuração. Fundações Profundas 23 Inicia-se a perfuração normalmente, através do trado ajustado na perfuratriz, até que se atinja uma profundidade máxima, que é igual ao comprimento do trado, que varia de 4 a 6 metros. Ao se atingir essa profundidade, caso não seja a determinada no projeto da obra, os profissionais treinados da empresa travam o trado contra o solo e encaixam outro segmento de trado para que assim consiga se atingir a profundidade desejada, até onde seja necessário. Esses trados, tanto o primeiro quanto os segmentos, são vazados, para que o concreto usinado, bombeado, possa passar por eles, e o primeiro trado tem uma saída em sua ponta para que possa se lançar o concreto usinado desde o fundo da estaca até a superfície, conforme o trado é retirado, fazendo com que a estaca, devido à presença da água, não desmorone, permanecendo íntegra e resistente. Após a retirada do trado e dos segmentados, logo com a estaca concretada, insere-se a ferragem no interior da estaca, finalizando assim a execução da estaca hélice. A haste central é preenchida, de baixo para cima, com argamassa, mediante bomba de injeção, por meio de tubo plástico. A tampa é então aberta. Após o preenchimento da haste central, inicia-se a extração do trado com o emprego de perfuratriz, complementando-se o volume de argamassa por gravidade, sempre que houver necessidade. A argamassa utilizada é caracterizada pela mistura de agregados (pedrisco e areia), o consumo mínimo de cimento é de ordem de 600 kg/m 3 e o fator água/cimento deve ser de 0,5 a 0,6. Após o término da perfuração e antes do início do lançamento da argamassa, procede-se à descida da armadura no interior da haste central do trado. A armadura pode ser montada em feixe ou em gaiola. Não se devem executar estacas com espaçamento inferior a 5 diâmetros em intervalo inferior a 12 h. Fundações Profundas 24 1.4. Capacidade de carga das estacas 1.4.1 Fórmulas dinâmicas (para estacas cravadas com bate estacas) zsRHW onde: W - peso do bate estaca H - altura de queda R - resistência do solo s - nega z - perdas no processo a) Fórmula de Brix (caráter geral) s H PW PW FS 1 R 2 2 onde: R .......... carga admissível FS ........ fator de segurança (varia de 4 a 10) W ......... peso do pilão P ........... peso da estaca H .......... altura de queda do pilão s ........... nega Adaptação para estaca Franki: s H PW PW 5 1 R 2 t t 2 tubo f b tuboestaca A A 0,60,3R0,75R onde: Pt .......... peso do tubo Ab ......... área da seção transversal do bulbo Af ......... área da seção transversal do fuste Fundações Profundas 25 b) Fórmula Dinamarquesa (para estacas metálicas) 2 s s WHη 2,0 1 R 0 EA LWHη2 s p 0 onde: .......... eficiência (normalmente 0,7) s0 .......... recalque elástico da estaca L .......... comprimento da estaca Ap ......... área da seção transversal do perfil (tabelado) E .......... módulo de elasticidade 26 kgf/cm 102,1 c) Fórmula de Hiley (para estacas cravadas com bate-estacas diesel) PW W ks WH2 4,0 1 R onde: k ........... perdas no processo 321 ccck c1 .......... deformação elástica do capacete de cravação (valor conhecido antes) c2 .......... deformação elástica da estaca (medida na obra) c3 .......... deformação elástica do solo (medida na obra) Críticas às fórmulas dinâmicas 1. Admite-se que o comportamento da estaca para carregamento estático seja idêntico ao oferecido durante a cravação; 2. Não levam em conta a capacidade de carga das camadas de solo situadas abaixo da ponta da estaca; 3. Não levam em conta a redução da resistência da estaca decorrente do efeito de grupo; Fundações Profundas 26 4. Não levam em conta qualquer efeito temporário conseqüente da cravação e que venha a afetar a capacidade de carga da estaca; 5. As fórmulas dinâmicas só dão bom resultado para solos arenosos As fórmulas são usadas para verificar a homogeneidade do estaqueamento. Observação: determinação da nega no campo a) Últimos 50 cm sgolpe 1 cm 50golpesn n 50 s b) 10 golpes com m 1,0H sgolpe 1 cm golpes 10 x 10 x s c) 1 golpe com m ,05H valor direto de “s” 1.4.2 Correlação com ensaios de campo Método de Aoki-Veloso (SPT) ALprup QQQ ....... capacidade de carga psp AqQ ............. resistência de ponta, na ruptura 1 s F Nk q ................. pressão de ruptura na base Ap ............................. área da seção transversal da ponta (área da base) k ................................ depende do tipo do solo de apoio (no exemplo, k = k3) F1 ............................... depende do tipo de estaca N ............................... número de golpes na ponta da estaca (no exemplo, N = n9) Fundações Profundas 27 ilAL lqUQ i .... resistência de atrito lateral, na ruptura U ............................... perímetro da seção transversal do fuste li................................. comprimento da estaca na camada 2 iii li F Nkα q iN ............................. número de golpes médio na camada No exemplo: 2 21 1 nn N 4 6543 2 nnnn N 2 87 3 nn N i ............................... depende do tipo de solo ki ................................ depende do tipo de solo F2 ............................... depende do tipo de estaca TIPO DE SOLO K (MPa) α (%) Areia 1,00 1,4 Areia siltosa 0,80 2,0 Areia silto-argilosa 0,70 2,4 Areia argilosa 0,60 3,0 Areia argilo-siltosa 0,50 2,8 Silte 0,40 3,0 Silte arenoso 0,55 2,2 Silte areno-argiloso 0,45 2,8 Silte argiloso 0,23 3,4 Silte argilo-arenoso 0,25 3,0 Argila 0,20 6,0 Argila arenosa 0,35 2,4 Argila areno-siltosa 0,30 2,8 Argila siltosa 0,22 4,0 Argila silto-arenosa 0,33 3,0 Tipo de Estaca F1 F2 Metálica 1,75 3,50 Pré-moldada 1 + D/0,80 2F1 Franki 2,50 5,00 Escavada 3,00 6,00 Raiz 2,00 4,00 Hélice Contínua 2,00 4,00 Na tabela anterior, D entra em metros. D é o diâmetro da estaca, quando ela tem seção circular, ou a altura, quando ela tem seção quadrada, hexagonal, etc. Fundações Profundas 28 FS Q Q rup adm 2,0FS Observações importantes: a) Estacas metálicas ou vasadas psp AqQ ilAL lqUQ i pA .......... área do retângulo hb ou do círculo 2rπ U ............ perímetro do retângulo hb2 ou do círculo rπ2 Atenção: A área e o perímetro são calculados desta forma apenas quando se está utilizando o método de Aoki-Veloso. b) Estacas Franki Para projeto: fb D1,5D Para estacas já executadas: 8 D π 3 4 VRπ 3 4 V 3 b c 3 bc 3 c b 3 bc π V6 DDπ 6 1 V Fundações Profundas 29 c) Estacas escavadas NBR-6122: 80% do carregamento têm que ser absorvidos por atrito lateral. 8,0 0,2 AL ALp adm Q QQ Q adotar o menor dos dois d) Cota de arrasamento É a cota do topo das estacas, a qual, às vezes, não coincide com o nível do terreno. O solo que está acima da estaca não influi para o cálculo da resistência lateral. Os valores de N são contados a partir do topo da estaca: 2li N n O valor de l1 também é calculado a partir do topo da estaca. 1.4.3 Provas de Carga A carga de ruptura de uma estaca pode ser determinada por provas de carga executadas de acordo com a Norma 12131 da ABNT. Fundações Profundas 30 1.5. Atrito Negativo Fundações Profundas 31 O atrito negativo que uma camada exerce no fuste de uma estaca é decorrente do deslocamento dessa camada para baixo em relação a essa estaca. Tal processo está associado ao recalque por adensamento que uma camada de argila compressível (de consistência mole ou muito mole) pode sofrer em função da variação de pressão efetiva nela atuante. As camadas acima da camada compressível também contribuem para o atrito negativo, pois, se elas estão apoiadas na argila mole ou muito mole que se encontra em processo de adensamento, elas também se deslocam para baixo, relativamente à estaca, contudo sem adensarem. Para levar em conta o atrito negativo, calcula-se a pressão admissível da seguinte forma: )( )( 0,2 Q AL ALP adm Q QQ Onde: QAL (+) – parcela do atrito lateral positivo; QAL (-) – parcela do atrito lateral negativo. 1.6. Efeito de Grupo Entende-se por efeito de grupo de estacas ou tubulões como o processo de interação dos diversos elementos que constituem uma fundação ao transmitirem ao solo as cargas que lhes são aplicadas. Esta interação acarreta uma superposição de tensões de tal sorte que o recalque do grupo seja, em geral, diferente daquele do elemento isolado. O espaçamento mínimo entre estacas ou tubulões deve levar em conta a forma de transferência de carga ao solo e o efeito do processo executivo nas estacas adjacentes. Observação da Norma 6122/2010 Fundações Profundas 32 A carga admissível de um grupo de estacas não pode ser maior do que a de uma sapata de mesmo contorno que o do grupo e assente a uma profundidade acima da ponta das estacas igual a 1/3 do comprimento de penetração na camada suporte (f). Essas considerações não são válidas para blocos apoiados em fundações profundas com elementos inclinados. Eficiência do grupo: isloada estaca da ruptura de carga grupo no estaca da ruptura de carga E Observação de Cintra e Aoki (2011) Em princípio, a eficiência do grupo depende da forma e do tamanho do grupo, do espaçamento entre estacas e, principalmente, do tipo de solo e de estaca. Antigamente, considerava-se que a eficiência podia ser menor que a unidade, de acordo com as fórmulas de eficiência empregadas à época. Depois, com a realização de ensaios em grupos, constatou-se que a eficiência, geralmente, é igual ou superior à unidade. Entretanto, a prática corrente de projeto de fundações por estacas não leva em conta possíveis benefícios de eficiência de grupo superior à unidade. Assim, na prática, calcula-se a capacidade de carga apenas do elemento isolado de fundação, com a hipótese de que
Compartilhar