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FUNDAÇÕES PROFUNDAS TIPOS A NBR 6122 (2019) define fundação profunda como elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base ou ponta (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior a 8 vezes a sua menor dimensão em planta e no mínimo 3,0 m; quando não for atingido o limite de 8 vezes a denominação deve ser justificada. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas e os tubulões. Tubulões Fundação direta profunda Tubulões elemento de fundação profunda em que, pelo menos na etapa final da escavação faz-se necessário o trabalho manual em profundidade para executar o alargamento de base ou pelo menos a limpeza de fundo da escavação, uma vez que neste tipo de fundação as cargas são resistidas preponderantemente pela base. De acordo com o método de sua escavação, os tubulões se classificam em: Tubulões a céu aberto Fundação direta profunda poço perfurado a céu aberto, com mecânica emrevestimento, escavação solos coesivos; manual ou reveste-se o furo com tubo de concreto (camisa perdida) ou tubo de aço (camisa recuperada); Tubulões a céu aberto Fundação direta profunda o fuste é escavado até a cota posteriormente preenche-se de concreto; desejada, a base é alargada e terreno seco, acima N.A. natural ou rebaixado (limitante); φ mín = 90 cm (NR 18/ 2020 ); alargamento da base manual. Tubulões a céu aberto Armadura Tubulão sujeito à compressão: armadura na cabeça (0,4% Area do fuste Lmin =3m) Tubulão sujeito à flexo-compressão: armadura ao longo do fuste Fundação direta profunda Riscos Queda de pessoas ao entrarem ou saírem Soterramento Queda de ferramentas e equipamentos Choque elétrico Infecções Asfixia ou intoxicação com gases Afogamento (inundação) Tubulões a céu aberto Fundação direta profunda ESTRUTURA - Planta de cargas da fundação: -Locação e dimensões dos pilares; -cota de arrasamento dos tubulões. GEOTECNIA - Relatório de sondagem Tubulões a céu aberto – Documentos Necessários Tubulões a céu aberto – PROJETO Projeto de fundação especificando: - Tensão admissível utilizada; - Especificações do concreto (fck, slump); -dimensionamento dos tubulões, diâmetro do fuste e da base e altura da base; -projeto de armação; -profundidade estimada do tubulão; -programação e sequência executiva - Cálculo dos volumes (escavação manual, mecânica e concreto) Tubulão a céu aberto Seqüência de execução A partir do gabarito, faz-se a marcação do eixo da peça utilizando um piquete de madeira. Depois, com um arame e um prego, marca-se no terreno a circunferência que delimita o tubulão, cujo diâmetro mínimo é de 90cm Seqüência de execução Inicia-se a escavação do poço até a cota especificada em projeto. No caso de escavação manual usa-se vanga, balde e um sarrilho para a retirada de terra. Tubulão a céu aberto Tubulão a céu aberto Seqüência de execução Tubulão a céu aberto Seqüência de execução Tubulão a céu aberto Seqüência de execução Faz-se o alargamento da base de acordo com as dimensões do projeto. Verificação das dimensões do poço, como: profundidade, alargamento da base. Limpeza da base Tubulão a céu aberto Seqüência de execução Colocação da armadura. Tubulão a céu aberto Seqüência de execução A concretagem é feita lançando-se o concreto da superfície (diretamente do caminhão betoneira, em caso de utilização do concreto usinado) Tubulões a céu aberto Vantagens possibilidade de descida do operário nas escavações para limpeza da base; menor custo de mobilização; menor intensidade de vibração e ruído possibilidade de verificação do solo local; ajuste nas dimensões. Em algumas situações elimina-se o bloco de coroamento tradicional Fundação direta profunda Tubulões a céu aberto Cuidados nível da água tubulões escavados a céu aberto: -acima N.A. natural (ideal) -acima N.A. bombeado (bomba sapo apenas quando água na base) -locais sem risco de desmoronamentos Fundação direta profunda Tubulões a céu aberto Cuidados Fundação direta profunda tratamento na cabeça do tubulão limpeza do fundo da escavação concretagem com calha ou tremonha choque do concreto com a armadura → segregação execução simultânea de tubulões muito próximos d1 d2 d2 > d1 Fundação direta profunda Tubulões a ar comprimido (pneumático) ./ existe o perigo de desmoronamento das paredes ./ locais com N.A. elevado, onde não seja possível o esgotamento da água ./ injeção de ar comprimido nos tubulões impede a entrada de água, pois a pressão interna > que a pressão da água ./ pressão empregada no máximo de 3 atm, limitando a profundidade em 30m abaixo do N.A. – Mal do ar comprimido Fundação direta profunda Tubulões a ar comprimido (pneumático) são encamisados com camisas de concreto ou de aço. - Camisa de concreto: colocação da camisa e escavação (manual ou mecânica) até o N.A. sob ar comprimido. Tubo com 4 metros de altura e>20cm de espessura, armado, concretado no local ou transportado Fundação direta profunda Tubulões a ar comprimido (pneumático) ./ O equipamento utilizado compõe de uma câmara de equilíbrio e um compressor. o sangue absorve mais gases do que na pressão normal Fundação direta profunda Seqüência de execução 1.concretagem de tubo de revestimento 2.escavação interna manual 3.concretagem de novo tubo quando o primeiro nivelar com o terreno 4.instalação do equipamento de ar comprimido quando não for mais possível o esgotamento da água 5.alargamento da base com escoramento do revestimento de concreto 6.concretagem Tubulões a ar comprimido (pneumático) - camisas de concreto - camisa de aço: a cravação é feita a céu aberto com auxílio de um bate estacas e a abertura e concretagem do tubulão são feitos a ar comprimido. Tubulões a ar comprimido (pneumático) - camisa de aço a)cravar a camisa: martelo vibratório, percussão ou sistema benoto de cravação e escavação simultâneas b)escavação: - até o alargamento da base, mesmo abaixo N.A. - para alargamento, instalar equipamento de ar comprimido - soldar novo tubo até atingir a cota desejada - concretagem com retirada do revestimento ou - camisa não-recuperável: conta como armadura. Descontar 1,5mm no dimensionamento (espessura da chapa): corrosão Tubulões a ar comprimido (pneumático) - camisa de aço Camisa metálica Dispositivo para escavação Tubulões a ar comprimido (pneumático) - camisas de concreto Seqüência de execução 1.Posicionamento do equipamento com a “faca” 2.Movimento rotacional oscilatório da faca, com percussão – escavação simultânea 3.Solda de novos tubos de revestimento 4.Alargamento da base com ar comprimido 5.Concretagem com retirada do revestimento Vantagens: ar comprimido somente no alargamento da base vedação da água pelo embutimento da camisa em camada impermeável (alargamento da base a céu aberto) camisa não recuperável: conta para armadura Controle de execução –locação do centro do tubulão; –cota do fundo da base do tubulão; –verticalidade da escavação; –alargamento da base; –posicionamento da armadura, quando houver, e da armadura de ligação; –dimensões Ø do tubulão; –concretagem (não misturar o solo com o concreto e evitar que se formem vazios na base alargada; –tubulão a ar comprimido: pressão do ar no interior do tubulão, risco de acidentes. Tubulões a ar comprimido (pneumático) Estacas Definição Transmitem cargas para as camadas mais profundas através do atrito lateral e da resistência de ponta. Peças alongadas, pré-fabricadas ou mldadas “in loco”, cilíndricas ou prismáticas, de madeira, metal ou concreto. Fundação indireta Estacas Classificação ESTACAS DE DESLOCAMENTO são aquelas introduzidas no terreno através de algum processo que não provoca a retirada do solo. -Estaca pré-moldada de concreto; -Estaca metálica; -Estaca de madeira; -Estaca tipoFranki. Fundação indireta Estacas Classificação ESTACAS ESCAVADAS são aquelas executadas “in situ” através de perfuração do terreno por um processo qualquer, com remoção de material, com ou sem revestimento. -Estaca tipo Strauss; -Estaca trado rotativo; -Estaca hélice contínua; -Estacas-Raiz. Fundação indireta Estacas de deslocamento (cravadas) Madeira Troncos de árvores cravados com bate-estacas de pequenas dimensões e martelos leves. Diâmetros de 0,20 a 0,40m e Cargas admissíveis de 150 a 500kN. Tipos de madeira mais usados são eucalipto, aroeira, ipê. Estacas – locação do centro das estacas; – profundidade de cravação; – proteção da cabeça das estacas (colocação do capacete metálico); Controle de execução Estacas de madeira Fundação indireta ESTACA DE MADEIRA VANTAGENS DESVANTAGENS Duração ilimitada quando mantida permanentemente abaixo da água; Duração muito pequena quando fica exposta a flutuação do nível da água, surge a ação dos cogumelos, cupim e brocas marinhas quando cravadas no mar; Comprimento limitado a 12m; Obrigação da colocação de um anel metálico na parte do contato com o martelo (pilão); Custo relativamente pequeno em áreas de reflorestamento de eucalipto; Obrigação da licença dos órgãos responsáveis pela conservação do meio ambiente; Grande vibração durante a cravação. Metálicas ./ Constituídas por peças de aço laminado ou soldado como perfis de secção I e H, chapas dobradas de secção circular (tubos), quadrada e retangular bem como trilhos. Estacas podem ser Metálicas ./ podem ser cravadas em quase todos os tipos de terreno; ./ possuem facilidade de corte e emenda; ./ podem atingir grande capacidade de carga; ./ se utilizadas em serviços provisórios, reaproveitadas várias vezes. Estacas Controle de execução –locação do centro das estacas; –profundidade de cravação; –emendas; –nega Em campo,“tira-se” a “nega” da estaca através da média de comprimentos cravados nos últimos 10 golpes do martelo. Estacas metálicas Fundação indireta ESTACAS METÁLICA VANTAGENS DESVANTAGENS Atingem grandes profundidades; Custo relativamente elevado; Podem atravessar camadas resistentes de solo; Pequena vibração durante a cravação; Não apresenta atrito negativo; Uma estaca pode ser feita com vários perfis soldados um ao outro; Fácil oxidação quando da flutuação do nível da água Emenda fácil de executar; Podem ser cravadas formando um ângulo de inclinação com a vertical. Estacas pré-moldada de concreto ./ têm limitações de comprimento, sendo fabricadas em segmentos, o que leva em geral à necessidade de grandes estoques e requerem armaduras especiais para içamento e transporte. Fundação indireta ./ Grande controle de qualidade confecção quanto na cravação. que pode se exercer tanto na ./ Podem ser de concreto armado ou protendido. ./ Podem ser adensadas por vibração ou centrifugação. ./ As secções transversais mais comumente empregadas são: circular (maciça ou vazada), quadrada, hexagonal e a octogonal. ./ Suas dimensões são limitadas para as quadradas de 0,30 x 0,30m e para as circulares de Ø 0,40m. Estacas pré-moldada de concreto Fundação indireta Estacas pré-moldada de concreto ./ O processo de cravação mais utilizado é o de cravação dinâmica, onde o bate-estacas utilizado é o de gravidade. ./ Promove um elevado nível de vibração. Fundação indireta Controle de execução – locação das estacas; – profundidade de cravação; – ocorrência de fissuras; – verticalidade; – nega; – altura de queda do pilão; – execução da emenda; – cota de arrasamento da cabeça da estaca; – proteção da cabeça da estaca. Estacas pré-moldadas Estacas escavadas (moldadas no local) ESTACAS DE DESLOCAMENTO •Estaca pré-moldada de concreto •Estaca metálica •Estaca de madeira •Estaca tipo Franki ESTACAS ESCAVADAS •Estaca tipo Strauss •Estaca trado rotativo •Estaca hélice contínua •Estacas-Raiz Estacas Franki Características ./ A base alargada aumenta consideravelmente a capacidade de carga da estaca. ./ A elevada potência de cravação posta em jogo é obtida pela grande altura de queda do pilão pesado. ./ A concretagem do fuste da estaca é executada sem que a água ou o solo possam se misturar ao concreto. ./ A dosagem do concreto utilizado varia de 300 kg a 450 kg de cimento por metro cúbico de concreto. O adesamento desse concreto, por apiloamento enérgico resulta em um concreto muito compacto e homogêneo de elevada resistência a compressão. Estacas Franki Vantagens 1) Versatilidade: ./ As estacas podem ser executadas com inclinações de até 25°, sendo a inclinação máxima fixada em função do tipo da máquina e do comprimento a ser atingido; ./ Os materiais utilizados são simples e universais: pedra britada, ou seixo rolado, areia, cimento e barra de aço facilmente encontrados nos locais próximos às obras. Estacas Franki Vantagens 2) Economia: ./ A estaca é executada com o comprimento estritamente necessário. A concretagem do fuste é interrompida no momento em que se alcança a cota de arrasamento. Assim sendo não há problemas de corte ou emenda do fuste da estaca. ./ Devido a base alargada a estaca requer um comprimento menor que as estacas que não possuem a base alargada. Estacas Franki Vantagens 3) Segurança: ./ Durante a cravação a estaca não pode quebrar como pode acontecer com as estacas pré-moldadas de concreto. O esforço durante a cravação é resistido pelo tubo Franki. ./ A sua base alargada trabalha como uma profundidade e em solo fortemente compactado. sapata assente em Estacas Franki 1. Crava-se um tubo de aço no solo, cuja ponta é obturada por uma bucha de concreto seco, areia e brita, estanque e fortemente comprimida sobre as paredes do tubo, impedindo a entrada de solo ou água; Procedimento de execução Cravação do Tubo Franki Chapa de vedação Bucha Seca (pedra + areia) 1.Bucha seca e pilão FRANKI 2.Chapa de vedação (marmita) e martelo diesel. Tubo Franki Pilão Franki Com percussão Estacas Franki Procedimento de execução 2. Sob os golpes do pilão o tubo penetra no solo e o comprime fortemente; Estacas Franki Procedimento de execução 3. Atingindo a profundidade desejada, inicia-se a operação de abertura da base. Prende-se o tubo para que não desça durante o apiloamento da expulsão da bucha e, sob os golpes do pilão, soca-se o concreto tanto quanto o solo suporta, de modo a construir uma base alargada (ponta alargada da estaca); Estacas Franki Procedimento de execução 4.Após a execução da base alargada é colocada a armação e iniciada a execução do fuste. O concreto seco é lançado em pequenos volumes no tubo, em seguida o concreto é apiloado com o pilão FRANKI de queda livre. 5.Neste momento inicia-se a retirada do tubo. O tubo é puxado deixando-se sempre no interior uma quantidade de concreto - altura de segurança. 6.Continua-se a execução do fuste da estaca, socando-se o concreto por camadas sucessivas, mantendo sempre a ponta do tubo abaixo do concreto para garantir a impossibilidade de penetração de água ou solo no interior do concreto. Concretagem do Fuste Estacas Franki Controle de execução –locação do centro das estacas; –profundidade de cravação/escavação; –verticalidade do tubo e de sua retirada da camisa, para não haver estrangulamento do fuste; –velocidade de execução; –armação das estacas; –nega; –cota de arrasamento da cabeça da estaca; –altura de queda do pilão; –volume de concreto empregado na execução do bulbo. Fundação indireta ESTACA TIPO FRANKI VANTAGENS DESVANTAGENS Grande área da base, fornecendo grande resistência de ponta; Grande vibração durante a cravação; Superfície do fuste (lateral) muito rugosa, fornecendo grande resistência lateral devido a boa ancoragem do fuste no solo; Demora no tempo de execução; Devido a sua execução o terreno fica fortemente comprimido; Custo elevado da mão – de – obra; Pode ser executada em grandes profundidades; Capacidade de carga do concretode aproximadamente 60 kg/cm2.Suporta grande capacidade de carga; Estacas escavadas (moldadas no local) ESTACAS DE DESLOCAMENTO •Estaca pré-moldada de concreto •Estaca metálica •Estaca de madeira •Estaca tipo Franki ESTACAS ESCAVADAS •Estaca tipo Strauss •Estaca trado rotativo •Estaca hélice contínua •Estacas-Raiz Estacas escavadas (moldadas no local)Estaca Strauss ./ Fundação profunda, escavadas com o emprego de uma sonda, tendo seu diâmetro definido por uma camisa metálica recuperada que cravada em toda a sua profundidade. ./ moldada in loco, ./ executada com revestimento metálico recuperável. . / Profundidade de perfuração de 20 a 25m. Estacas escavadas (moldadas no local) Estaca Strauss ./ a estaca Strauss pode ser empregada em locais confinados ou terrenos acidentados devido à simplicidade do equipamento utilizado. ./ não causa vibrações, evitando problemas com edificações vizinhas. ./ possui capacidade de carga menor que estacas Franki e pré- moldadas de concreto. Estacas escavadas (moldadas no local) Estaca Strauss Para sua execução, são empregados os seguintes equipamentos: –tripé de madeira ou de aço; –guincho acoplado a motor a explosão ou elétrico; –sonda de percussão, com válvula para retirada de terra na sua extremidade inferior; –soquete de 300 kg, aproximadamente; –tubos de aço com 2,0 a 3,0 m de comprimento, rosqueáveis entre si; –guincho manual para retirada da tubulação; –roldanas, cabos e ferramentas. Estacas Strauss Processo executivo – abertura de um furo no terreno, utilizando o soquete, até 1,0 a 2,0 m de profundidade, para colocação do primeiro tubo, dentado na extremidade inferior, chamado “coroa”. – colocação de tubo de revestimento Estacas Strauss Processo executivo – aprofunda-se o furo com golpes sucessivos da sonda de percussão, retirando-se o solo abaixo da coroa - queda livre. Estacas Strauss Processo executivo – retirada da sonda e limpeza da sonda. – quando necessário é rosqueado o tubo seguinte, e prossegue-se na escavação até a profundidade determinada. Estacas Strauss Processo executivo –Para concretagem, lança-se concreto no tubo até se obter uma coluna de 1,0 m e apiloa-se o material com o soquete, formando uma base alargada na ponta da estaca. –Para formar o fuste, o concreto é lançado na tubulação e apiloado, enquanto que as camisas metálicas são retiradas com o guincho manual. Estacas Strauss Processo executivo –A concretagem é feita até um pouco acima da cota de arrasamento da estaca. –Coloca-se barras de aço de espera para ligação com blocos e baldrames na extremidade superior da estaca. –Remove-se o concreto excedente acima da cota de arrasamento, quebrando-se a cabeça da estaca com ponteiros metálicos. Estacas Strauss Controle de execução –locação das estacas; –profundidade de escavação; –verticalidade da camisa metálica; –velocidade de retirada da camisa; –tipo de solo encontrado (retirada de amostras); –cota de arrasamento da cabeça das estacas; –armadura, quando for o caso. –apiloamento do concreto para garantir continuidade do fuste, mantendo dentro da tubulação uma coluna de concreto suficiente para ocupar o espaço perfurado e eventuais vazios do subsolo. Estacas Strauss ESTACA TIPO STRAUSS VANTAGENS DESVANTAGENS Pouca vibração durante a execução; Difícil execução abaixo do nível da água; Custo relativamente baixo; Capacidade de carga pequena; Fácil execução em solo acima do nível da água. Difícil cravação em solo resistente Hélice contínua monitorada Características . / Perfuração: introdução no É executada mediante a terreno de uma hélice contínua por rotação com perfuratriz de alto torque até a profundidade determinada em projeto (h = 30 metros) Hélice contínua monitorada Características . / Durante a penetração após certa profundidade, o solo fica totalmente aderido às pás da hélice quando então, na continuação da penetração, a estaca passa a ser por deslocamento de solo. Hélice contínua monitorada Características ./ Concretagem ./ O concreto é bombeado através do tubo central da hélice, simultaneamente a sua extração. ./ Na parte inferior da haste tubular existe um tampão, a ser perdido, que impede a penetração do solo no seu interior. ./ Alcançada a cota de assentamento inicia-se a concretagem da estaca por bombeamento de concreto pela haste tubular sob pressão constante. ./ Durante a remoção da haste um limpador mecânico retira o solo que está aderente entre as pás da hélice continua. Hélice contínua monitorada Características ./ Colocação da armação ./ Imediatamente após o término da concretagem é inserido dentro do concreto, por gravidade ou com o auxílio de um vibrador, a armação. ./ Concreto ./ Areia, brita n° 1 e cimento ./ Teor de cimento 400kgf/m3 de concreto ./ Armação ./ Comprimento ≅ 8 m; ./ Ferro longitudinla de 6 a 8 barras de aço CA – 50ª com Ø de 16 mm ou 20 mm; ./ Estribo helicoidal de barra de aço CA-25 de diâmetro de 10 mm a cada 20 cm. Hélice contínua monitorada Vantagens Custos/Prazos Para implantar um pilar que sustente 4 mil toneladas Estacas pré-moldadas Hélice contínua monitorada R$ 400 mil – 60 dias R$ 190 mil – 21 dias 50 metros de estaca/dia 120 metros de estaca/dia Hélice contínua monitorada ESTACA HÉLICE CONTÍNUA VANTAGENS DESVANTAGENS Os equipamentos permitem atravessar camada de solo com SPT = 50; Custo relativamente elevado; Os equipamentos permitem executar estaca inclinada de 14°até profundidade de 15m; Os equipamentos permitem executar estaca inclinada de 11° até profundidade entre 16m e 25m; Os equipamentos são dotados de instrumentos que monitoram continuamente toda execução das estacas; Não há desconfinamento lateral do solo; Como o concreto é bombeado sob pressão ele preenche continuamente o volume escavado, fornecendo uma maior resistência por atrito lateral da estaca; Número de equipamentos limitados no Brasil; Devido o monitoramento eletrônico é permitido um controle contínuo da qualidade de execução da estaca; Permite a execução de cerca de 200m a 300m de estaca por dia em condições normais de terreno. ESTACA ESCAVADA COM INJEÇÃO ESTACA RAIZ VANTAGENS i)Não produzem choques nem vibrações. ii)As ferramentas disponíveis permitem sua execução em terrenos com matacões ou peças de concreto. iii)Equipamentos de pequeno porte, permitindo operação em locais com pouco espaço. iv)Podem ser executadas com qualquer inclinação. v)Podem ser utilizadas em reforço de fundações, podendo ser incorporadas à estrutura, sob tensão. PROCESSO EXECUTIVO PADRÃO i)Perfuração auxiliada por circulação de água;. ii)Instalação da armadura (barra única ou um conjunto, estribadas – “gaiola”); iii)Preenchimento com argamassa (concretagem); iv)Remoção do revestimento e aplicação de golpes de ar comprimido. Nota: Visando garantir ao consumo mínimo de cimento, a NBR 6122 (2019) prescreve um valor da ordem de 600kg/m3, o que equivale a um traço comum de 80 litros de areia para 1 saco de 50kg de cimento e 20 a 25 litros de água. Isto pode conferir à argamassa uma resistência característica da ordem de 20MPa.
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