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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA Projeto de Fundações Ewerton Dias Mariano Mateus Guedes Monferrari Matheus Melo Batista Professor: FLAVIO RICARDO LEAL DA CUNHA Disciplina: ENG2224 Goiânia 12/12/2019 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 1. ESTACA Elemento de fundação profunda executado com auxílio de ferramentas ou equipamentos, execução esta que pode ser por cravação a percussão ou prensagem, ou por escavação (escavadas ou injetadas); ou de forma mista, envolvendo mais de um processo. Uma dimensão é bem maior que as outras (elemento linear). Quanto ao material podem ser de madeira, de concreto, de aço ou mista. Tipos de estacas: Cravadas: pré-moldada, Mega, etc. Escavadas: broca; Strauss; hélice- contínua, etc. Injetadas: estaca-raiz e microestacas. · só existirá a tendência do levantamento do solo na superfície após grandes deformaçõ Existem vários métodos propostos. Dentro da experiência brasileira, os dois mais utilizados são: Aoki-Velloso e Décourt-Quaresma. 1.1 Método de Aoki-Velloso (1975) A carga de ruptura (PR) é dada pela equação: PR = PL + PP onde: PR = carga de ruptura na estaca PL = parcela de atrito lateral PP = parcela de ponta Parcela de carga devido ao atrito lateral (PL): PL = per . L . rL onde: per = perímetro da estaca L = espessura da camada RL = resistência unitária lateral Parcela de carga devida à resistência de ponta (PP): Pp = Ap . rp onde: Ap = área da ponta rp = resistência unitária de ponta As equações para determinação dos valores de rL e rp são: .K.N ( L )r F2 ( P )r K.N ' F1 onde: K , = coeficientes tabelados conforme o tipo de solo (Tabela 8.2) N = à média dos golpes para cada camada de solo N´ = número de golpes da camada de apoio F1 , F2 = coeficientes tabelados conforme o tipo de estaca (Tabela 8.1) A seguir são mostrados nas Tabelas 8.1 e 8.2 os valores de K e em função do tipo de solo, bem como os valores dos coeficientes F1 e F2 para cada tipo de estaca. Tabela 8.1 – Coeficientes de transformação F1 e F2 Tabela 8.2 – Coeficientes de K e Tipo de Solo K (kgf/cm²) K (MPa) (%) Areia 10,0 1,00 1,4 Areia siltosa 8,0 0,80 2,0 Areia silto-argilosa 7,0 0,70 2,4 Areia argilosa 6,0 0,60 3,0 Areia argilo-siltosa 5,0 0,50 2,8 Silte 4,0 0,40 3,0 Silte arenoso 5,5 0,55 2,2 Silte areno-argiloso 4,5 0,45 2,8 Silte argiloso 2,3 0,23 3,4 Silte argilo-arenoso 2,5 0,25 3,0 Argila 2,0 0,20 6,0 Argila arenosa 3,5 0,35 2,4 Argila areno-siltosa 3,0 0,30 2,8 Argila siltosa 2,2 0,22 4,0 Argila silto-arenosa 3,3 0,33 3,0 A carga de projeto (Pproj) é dada pela carga de ruptura dividida pelo coeficiente de segurança para fundações profundas, segundo a ABNT NBR 6122:2010, igual a dois. Pproj = Pr / 2 1.2 Método Décourt-Quaresma (1978) A carga de ruptura é obtida através da equação: PR = PL + Pp onde: PR = carga de ruptura PL = parcela devido ao atrito lateral Pp = parcela correspondente à resistência na ruptura da ponta Parcela de carga devido ao atrito lateral (PL): PL = per . l . qs onde: per = perímetro da estaca l = espessura da camada qs = atrito lateral unitário q N 1 S 3 N (tf/m2) q 10. 1 S 3 (kPa) sendo: N = média dos valores de NSPT ao longo do fuste, não considerando o último metro de estaca. Caso os valores de NSPT forem menores de 3, devem ser considerados iguais a 3 e quando maiores que 50, devem ser considerados iguais a 50. Parcela de carga devido à ponta (Pp): Pp = Ap . qp onde: Ap = área da ponta qp = resistência unitária da ponta qp = K’ . N’ onde: K’ = coeficiente em função do tipo de solo N’ = média dos três valores de SPT (camada de apoio, 1 metro acima da base e 1 metro abaixo da camada de apoio). A Tabela 8.3 apresenta os valores de K’ em função do tipo de solo. Tabela 8.3 – Valores de K’ TIPO DE SOLO K’ (kPa) K’ (tf/m2) Argila 120 12 Silte argiloso 200 20 Silte arenoso 250 25 Areia 400 40 A carga de projeto (Pproj) é dada pelo menor valor entre: 2. BLOCO SOBRE ESTACAS Em geral, os pilares são ligados às fundações (estacas) através dos blocos de coroamento que envolvem o contorno tanto do pilar quanto da estaca. Na prática tem-se utilizado diversos tipos de blocos de coroamento que variam basicamente em função de sua geometria (n.º de estacas). Podem ser: · bloco sobre uma estaca · bloco sobre duas estacas -bloco sobre três estacas 2.1 BLOCO SOBRE UMA ESTACA A Figura 4.1 apresenta um bloco sobre uma estaca. (a) Vista em planta (b) Vista em corte Figura 4.1 – Bloco sobre uma estaca L=largura do bloco; h=altura do bloco; a=maior dimensão do pilar, b=menor dimen- são do pilar; De=diâmetro da estaca; d=altura útil; d’=recobrimento; P=carga aplicada O valor de ‘L’ pode ser calculado como: L ≥ De +2.15cm a + 10 cm A altura (h) é dada por: 0,75.(L - De) h ≥ 0,75.(L - b) comprimento de ancoragem do arranque do pilar A força de tração (Z) no bloco proveniente da carga P é dada por: L b Z 0,25.P. h A verificação da tensão de tração: ft 1,5MPa (15kgf / cm2 ) Z L.h A seção de aço do estribo horizontal (Ash) pode ser tomada como: ASH 1,4.Z 2. f yd O estribo vertical depende da área de concreto necessária (Ac, nec) , dada por: Ac, nec 1,4.1,05.P 0,85. fcd 0,008. f yd A armadura necessária (Asw) é calculada por: Asw = 0,008.Ac, nec O estribo vertical é dividido em dois ramos formando uma gaiola, sendo que a área calculada (Asw) é a soma da armadura dos dois ramos. 2.2 BLOCO SOBRE SUAS ESTACAS O dimensionamento de blocos sobre duas estacas é usualmente feito utilizando o método das bielas. O método das bielas consiste em admitir um comportamento de treliça, no interior da peça, com barras tracionadas e bielas comprimidas de acordo com a Figura 4.2. ( ) Figura 4.2 – Bloco sobre duas estacas Inclinação das bielas e cálculo dos esforços tg d e a 4.d 2.e a P / 2 2 4 P 1 P 1 P.(2.e a) tg Z Z 2 . tg Z 2 . 4.d Z 2.e a 8.d Onde: De = diâmetro da estaca B = base do bloco (largura) L = comprimento do bloco a = comprimento do pilar (maior dimensão) e = espaçamento entre as estacas d = altura útil h = altura do bloco Recomenda-se usar os seguintes espaçamentos: e ≥ 2,5.De => estacas pré-moldadas 3,0.De => estacas moldadas no local RECOMENDAÇÕES PARA O DIMENSIONAMENTO · Deve-se ter 45º ≤ ≤ 55º, ou seja: 0,5.(e - a/2) ≤ d ≤ 0,71.(e – a/2) h = d + 5 cm · Cálculo do esforço de tração: 1,15*.P.(2.e a) Z 8.d · Segundo Blevot, através de ensaios em modelos reduzidos e em blocos de dimensões normais, observou que o esforço de tração no aço foi 15% superior ao indicado no cálculo. · Armadura necessária: Asw = 1,61.Z/fyk Obs.: 1) Estribos horizontais: ASH = 1/8.As, em cada face. 2) Estribos verticais: Alguns calculistas não utilizam estribos verticais, porém para garantir um melhor confinamento do bloco pode-se seguir a recomendação do Prof. Marcello C. Moraes, o qual sugere estribos de 8mm (5”/16), aço CA50, espaçados à 12cm para P ≤ 80tf e 10cm para P > 80tf. VERIFICAÇÕES A SEREM FEITAS NO CONCRETO Blévot observou que a tensão de compressão no concreto, junto ao pilar, é cerca de 40% superior à tensão de cálculo fck. · Tensão máxima de compressão no concreto, na biela junto ao pilar: AP Onde AP = área do pilar P .sen2 0,85.1,4. fck 1,4 0,85. fck · Tensão máxima de compressão no concreto, na biela junto à estaca: Onde AE = área da estaca 2.AE P .sen2 0,85. fck - Deve-se verificar se a tensão de tração no concreto, na região da armadura (zona tracionada) não ultrapassa o limite: ftw 1,4.Z B.h ftk 0,21.3 f 2 (MPa) ( ck )Disposição da armadura, Figura 4.3: (a) Vista em planta (b) Vista em corte Figura 4.3 – Esquema da armação 2.3 BLOCO SOBRE N ESTACAS O cálculo é feitode forma aproximada, considerando duas linhas de ruptura ortogonais (Figura 4.4) e calculando os momentos em relação a essas linhas (seções de referência). Figura 4.4 – Esquema das linhas de ruptura A seção de referência, no caso de pilares de pequena inércia, pode ser tomada no eixo do pilar (c1 = a / 2) ou a critério do calculista. Para pilares de grande inércia, a seção de referência pode ser tomada a uma distância (c1 = 0,15.a), onde ‘a’ é o comprimento do pilar na direção estudada. Figura 4.5 – Detalhe em corte dos esforços atuantes no bloco Considerando o bloco rígido com relação x d 2.x, este bloco é calculado pelo método das bielas. A força de tração (T) é dada por: Tx Ni .xi 0,85.d e Ty Ni .yi 0,85.d A armadura é calculada pela expressão: Asx = 1,61.Tx/fyk (armadura principal na direção x) Asy = 1,61.Ty/fyk (armadura principal na direção y) ASH = As /8 (armadura horizontal – estribo) 3. ARMADURAS DE ESTACAS MOLDADAS NO LOCAL As estacas, quando solicitados a cargas de compressão e tensões limitadas aos valores da Tabela 4 da ABNT NBR 6122:2010, podem ser executados em concreto não armado, exceto quanto à armadura de ligação com o bloco. Estacass com solicitações que resultem em tensões superiores as indicadas na Tabela 4 devem ser dotadas de armadura que deve ser dimensionada de acordo com a ABNT NBR 6118:2014. A resistência característica do concreto (fck) deve ser aplicado um fator redutor de 0,85, para levar em conta a diferença entre os resultados de ensaios rápidos de laboratório e a resistência sob a ação de cargas de longa duração. Os traços especificados nos anexos da norma podem resultar em concreto com fck superior ao especificado no cálculo estrutural das estacas. Essa especificação visa obter concreto que garanta qualidade e propriedade como trabalhabilidade, durabilidade, baixa permeabilidade, entre outros, levando em consideração as condições particulares de concretagem, como o lançamento de grandes alturas. 4. RECALQUE EM ESTACAS Entre vários métodos existentes, um dos mais utilizados é o do Poulos & Davis (1980), com base na Teoria da Elasticidade. T = solo s solo P.I D.Es Onde: T = recalque no topo da estaca s = recalque devido ao solo P = carga aplicada a estaca L = comprimento da estaca D = diâmetro da estaca Ec = módulo de elasticidade do concreto Es = módulo de elasticidade do solo I = fator de influência Estaca flutuante: I = I1.Rk.Rh.Rh Estaca de ponta: I = I1.Rk.Rb.Rh Estes parâmetros são tirados dos ábacos em anexo. I1 = fator de influência para estaca incompressível Rk = correção devida à compressibilidade Rν = correção do coeficiente de Poisson Rh = correção em função da presença do estrato rígido Rb = correção da estaca sobre a camada mais rígida Db = diâmetro da base da estaca Eb = módulo de elasticidade da camada da base K = compressibilidade relativa, K Ec Es ( f ck )Ec 0,85.5600. .αe (MPa) ABNT NBR 6118:2014, onde o αe dependente do tipo de agregado. Recalque em grupo de estacas O recalque num grupo de estaca normalmente é calculado a partir do recalque de uma estaca isolada. A razão de recalque (Rs) é o quociente entre o recalque médio de um grupo pelo recalque de uma estaca isolada submetida à mesma média do carregamento do grupo. Diversos autores propuseram correlações, entre as mais utilizadas está à proposta por Fleming et al. (1985): Onde: i = recalque de uma estaca isolada G = recalque do grupo de estacas n = número de estacas do grupo w = expoente, geralmente entre 0,4 e 0,6 para a maioria dos grupos. O valor de 0,5 vem sendo empregado por diversos autores. SONDAGEM MEMORIAL DE CÁLCULO DADOS: · MÉTODO AOKI-VELLOSO Aoki-Velloso (1975) Camada Profundidade N Solo K l rL PL Rp Pp Pr = PL + Pp Qa = R/2 (m) SPT (%) (kgf/cm²) (cm) (kgf/cm²) (kgf) (kgf) (kgf) (kgf) (tf) 1 0,0 - 1,0 6 Silte arenoso 2,20 5,50 100 0,18 2280,8 96,3 120951,3 123232,1 61,6 2 1,0 - 2,0 6 Silte arenoso 2,20 5,50 100 0,18 2280,8 96,3 120951,3 123232,1 61,6 3 2,0 - 3,0 8 Silte arenoso 2,20 5,50 100 0,24 3041,1 96,3 120951,3 123992,4 62,0 4 3,0 - 4,0 10 Silte arenoso 2,20 5,50 100 0,30 3801,3 96,3 120951,3 124752,6 62,4 5 4,0 - 5,0 5 Silte arenoso 2,20 5,50 100 0,15 1900,7 96,3 120951,3 122852,0 61,4 6 5,0 - 6,0 14 Areia siltosa 2,00 8,00 100 0,56 7037,2 96,3 120951,3 127988,5 64,0 7 6,0 - 7,0 16 Areia siltosa 2,00 8,00 100 0,64 8042,5 96,3 120951,3 128993,8 64,5 8 7,0 - 8,0 22 Areia siltosa 2,00 8,00 100 0,88 11058,4 96,3 120951,3 132009,7 66,0 9 8,0 - 9,0 27 Areia siltosa 2,00 8,00 100 1,08 13571,7 96,3 120951,3 134523,0 67,3 10 9,0 - 10,0 35 Areia siltosa 2,00 8,00 100 1,40 17592,9 96,3 120951,3 138544,2 69,3 11 10,0 - 11,0 40 Areia siltosa 2,00 8,00 100 1,60 20106,2 96,3 120951,3 141057,5 70,5 12 11,0 - 12,0 45 Areia siltosa 2,00 8,00 100 1,80 22619,5 96,3 120951,3 143570,8 71,8 13 12,0 - 13,0 50 Areia siltosa 2,00 8,00 100 2,00 25132,7 96,3 120951,3 146084,1 73,0 · MÉTODO DÉCOURT-QUARESMA Decourt-Quaresma (1978) Σ N Nmed qs PL K' N' qp Pp Pr = PL + Pp Pproj1 Pproj2 Pproj (tf/m²) (tf) (tf/m2) (tf/m²) (tf) (tf) (tf) (tf) (tf) 6 6,0 3,00 3,7699112 25,0 34,00 850,00 106,8 110,6 55,3 29,6 29,6 12 6,0 3,00 3,7699112 25,0 34,00 850,00 106,8 110,6 55,3 29,6 29,6 20 6,7 3,22 4,0491639 25,0 34,00 850,00 106,8 110,9 55,4 29,8 29,8 30 7,5 3,50 4,3982297 25,0 34,00 850,00 106,8 111,2 55,6 30,1 30,1 35 7,0 3,33 4,1887902 25,0 34,00 850,00 106,8 111,0 55,5 29,9 29,9 49 8,2 3,72 4,6774824 40,0 34,00 1360,00 170,9 175,6 87,8 46,3 46,3 65 9,3 4,10 5,146228 40,0 34,00 1360,00 170,9 176,0 88,0 46,7 46,7 87 10,9 4,63 5,8119464 40,0 34,00 1360,00 170,9 176,7 88,4 47,2 47,2 114 12,7 5,22 6,562438 40,0 34,00 1360,00 170,9 177,5 88,7 47,8 47,8 149 14,9 5,97 7,4979345 40,0 34,00 1360,00 170,9 178,4 89,2 48,5 48,5 189 17,2 6,73 8,4537402 40,0 34,00 1360,00 170,9 179,4 89,7 49,2 49,2 234 19,5 7,50 9,424778 40,0 34,00 1360,00 170,9 180,3 90,2 50,0 50,0 284 21,8 8,28 10,407533 40,0 34,00 1360,00 170,9 181,3 90,7 50,7 50,7 · BLOCO DE UMA ESTACA L=largura do bloco; h=altura do bloco; a=maior dimensão do pilar, b=menor dimensão do pilar; De=diâmetro da estaca; d=altura útil; d’=recobrimento; P=carga aplicada fck 30 Mpa fyk 500 Mpa a 80 L 90 d 36,25 b 35 d' 5 fyd 4347,83 h 41,25 fcd 214,29 De 40 L >= De + 2,15 cm 42,15 90 a + 10 cm 90 h >= 0,75*(L-De) 37,5 41,25 0,75*(L-b) 41,25 P 55000 Z 18333,33 ft "=<" 1,5 Mpa (15kgf / cm2) 4,93827 Ash 2,95166667 Ac nec 372,708661 Asw 2,98166929 O estribo vertical é dividido em dois ramos formando uma gaiola, sendo que a área calculada (Asw) é a soma da armadura dos dois ramos. · BLOCO DE DUAS ESTACAS CARREGAMENTOFz PESO PRÓPRIO 0,00tf CARGA PERMANENTE 110,00tf f= 1,4 n= 1,2 C= 1,4 S= 1,15 Cargas nas Estacas R1= 55,00tf R2= 55,00tf Dimensões do Bloco Lado x do Pilar (a) 40,0cm Lado y do Pilar (b) 100,0cm Diâmetro da Estaca 40cm Tipo de Estaca Hélice-Continua fck do Bloco (Mpa) 30MPa Cobrimento das Estacas 20cm Embutimento das Estacas 10cm Distância entre as Estacas 120,0cm Área da Estaca 1.256,6cm² Lado X Mín Bloco (A) 80,0cm Lado Y Mín Bloco (B) 200,0cm H Mín Bloco (H) - Blév 47,97cm H Máx Bloco (H) - Blévot 62,99cm Lado X Adotado (A) 90cm Lado Y Adotado (B) 210cm H Bloco Adotado (H) 60,00cm Volume 1,13m³ Blévot-Frémy Verificação do Bloco (NBR 6118:2003) (entre 45 e 55º) 53,326º Junto ao Pilar Junto à Estaca c,biela,P= 71,82 Kgf/cm² c,biela,E= 114,31 Kgf/cm² c,limite= 270,00 Kgf/cm² Armação do Tirante As= 18,20 cm² 18,20 cm² As mín= 8,10 cm² Verificação do Bloco (NBR 6118:2014) (entre 45 e 55º) 53,326º Junto ao Pilar Junto à Estaca c,biela,P= 71,82 Kgf/cm² c,biela,E= 114,31 Kgf/cm² c,limite= 160,29 Kgf/cm² c,limite= 135,77 Kgf/cm² Armação do Tirante As= 18,20 cm² 18,20 cm² As mín= 8,10 cm² ( A’s = As/5 5,0 c/15 As Principal As/8 em cada face ) ( b l e a B ) · BLOCO DE TRÊS ESTACAS CARREGAMENTO Fz PESO PRÓPRIO 0,00tf CARGA PERMANENTE 163,00tf f= 1,4 n= 1,2 C= 1,4 S= 1,15 Cargas nas Estacas R1= 55,00tf R2= 55,00tf R3= 55,00tf Dimensões do Bloco Lado x do Pilar (a) 35,0cm Lado y do Pilar (b) 120,0cm Diâmetro da Estaca 40cm Tipo de Estaca Hélice-Continua fck do Bloco (Mpa) 30 Cobrimento das Estacas 20cm Embutimento das Estacas 10cm Distância entre as Estacas 120,0cm Área da Estaca 1.256,6cm² H Mín Bloco (H) - Blévot 62,84cm H Máx Bloco (H) - Blévot 84,21cm H Bloco Adotado (H) 70,00cm Área do Bloco 26177,95 cm² Área de Formas do Bloco 4,46m² Volume 1,83m³ Blevot -Frémy Verificação do Bloco (NBR 6118:2003) a (entre 45 e 55º)= 48,83º Junto ao Pilar Junto à Estaca sc,biela,P= 115,05 Kgf/cm² sc,biela,E= 128,17 Kgf/cm² sc,limite= 337,50 Kgf/cm² Armadura do Tirante / Linha de Estaca As entre as estacas= 21,11 cm² 21,11 cm² As malha= 7,02 cm² 7,02 cm² Verificação do Bloco (NBR 6118:2014) a (entre 45 e 55º)= 48,83º Junto ao Pilar Junto à Estaca sc,biela,P= 115,05 Kgf/cm² sc,biela,E= 128,17 Kgf/cm² sc,limite= 160,29 Kgf/cm² sc,limite= 135,77 Kgf/cm² Armadura do Tirante / Linha de Estaca As entre as estacas= 21,11 cm² 21,11 cm² As malha= 4,22 cm² 4,22 cm²
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