8 Curso de ENGENHARIA APLICADA ÀS OBRAS DE FUNDAÇÕES E CONTENÇÕES
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- Afonso Taveira Meneses
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1 8 Curso de ENGENHARIA APLICADA ÀS OBRAS DE FUNDAÇÕES E CONTENÇÕES
2 ESTACA ESCAVADA, BARRETE E RAIZ (EM SOLO E ROCHA): CONCEITOS BÁSICOS, EXECUÇÃO E ESTUDO DE CASOS Eng. Celso Nogueira Corrêa
3 INTRODUÇÃO - ELEMENTOS ESTRUTURAIS O QUE É FUNDAÇÃO? - TRANSMITEM PARA O SOLO AS AÇÕES ATUANTES NA ESTRUTURA CONDIÇÕES: 1- NÃO OCORRA RECALQUES PREJUDICIAIS AO SISTEMA ESTRUTURAL (ELS) 2- NÃO OCORRA RUPTURA DO ELEMENTO DE FUNDAÇÃO E NEM DO SISTEMA FUNDAÇÃO-SOLO (ELU).
4 A ESCOLHA DA FUNDAÇÃO DEVE CONSIDERAR: - NATUREZA E CARACTERÍSTICAS DO SOLO, LENÇOL FREÁTICO (investigação geotécnica in situ, poços de prova e ensaios de laboratório); - TOPOGRAFIA, ARQUITETURA, VIZINHOS (projetos e visita ao local); - DISPOSIÇÃO, GRANDEZA E NATUREZA DAS CARGAS (fornecidas pelo projeto de estrutura); - LIMITAÇÕES DOS EQUIPAMENTOS DE FUNDAÇÕES EXISTENTES NO MERCADO E AS RESTRIÇÕES TÉCNICAS IMPOSTAS A CADA TIPO DE FUNDAÇÃO (conhecimento do engenheiro geotécnico de projeto e ou das empresa); - NOÇÕES DO CUSTO (material, mão-de-obra, transporte) das soluções possíveis.
5 TIPOS DE FUNDAÇÃO: (NBR ) FUNDAÇÃO DIRETA: Sapatas isoladas, sapatas corridas e radier. FUNDAÇÃO PROFUNDA: São ESTACAS e tubulões (que podem ser a céu aberto e a ar comprimido). ESTACAS: Podem ser divididas em pré-fabricadas e MOLDADAS IN LOCO. MOLDADAS IN LOCO, Brocas manuais Estacas Escavadas peq. diâm. Estacas Strauss Hélice Contínua Monitorada Franki Micro estacas injetadas Hollow Auger Omega RAIZ ESTACA ESCAVADA GDE. DIÂM. BARRETE
6 CRITÉRIOS DE PROJETO DIMENSIONAMENTO DO ESTADO LIMITE ULTIMO (ELU) Limite de ruptura do elemento estrutural
7 DIMENSIONAMENTO CARGA DE RUPTURA (ELU) SISTEMA ESTACA-SOLO QRup = QP + QL Qsol QRup = AP.qP + U.Σ(Δl.qL) Em que: QRup: carga de ruptura do sistema (ELU); AP: área de ponta; ql qp: resistência de ponta; U: perímetro da estaca; ql: adesão lateral; qp l: comprimento da estaca na camada considerada. QP QL
8 CRITÉRIOS DE PROJETO DIMENSIONAMENTO DO ESTADO LIMITE ULTIMO (ELU) CARGA DE PONTA QP PARA ESTACAS MOLDADAS IN LOCO NBR MÉTODOS ESTÁTICOS...SEMPRE QUE (O PROJETO) CONSIDERAR A CONTRIBUIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE PONTA, DEVE FAZER MENÇÃO EXPLÍCITA A ESSE CRITÉRIO. O EXECUTOR DEVE ASSEGURAR QUE SERÃO CUMPRIDOS PROCEDIMENTOS MÍNIMOS ESPECIFICADOS NOS ANEXOS J E N, DE FORMA A OBTER O CONTATO EFETIVO ENTRE A PONTA E O SOLO COMPETENTE OU ROCHA. NESSAS CONDIÇÕES QP TEM COMO LIMITE O QL. CASO ESSE CONTATO EFETIVO NÃO POSSA SER ASSEGURADO QP = 0...
9 CRITÉRIOS DE PROJETO DIMENSIONAMENTO DO ESTADO LIMITE DE SERVIÇO (ELS) Limite de recalques e deslocamentos excessivos
10 DIMENSIONAMENTO CARGA ADMISSÍVEL - ELS CARGA ADMISSÍVEL: - NÃO CAUSA RUPTURA, - RECALQUES ADMISSÍVEIS PELA ESTRUTURA. Qadm Qrup» Atendido ELU, e FS Qadm não deve causar recalques excessivos (ELS): PORTANTO A CARGA MÁXIMA APLICADA PELA ESTRUTURA (Q SOL ) PODE SER NO MÁXIMO IGUAL A CARGA ADMISSÍVEL Qsol Qadm
11 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE: ESTACÕES E BARRETES
12 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Existem dois tipos de estacas escavadas com fluido estabilizante: a) ESTACÕES: circulares - 0,60 D 2,50 m, escavadas por rotação. b) BARRETES OU ESTACAS DIAFRAGMA: retangulares, escavadas com clam-shells. 0,30 a 1,20 m na menor dimensão e 2,50 e 3,20 m na maior dimensão, ou ainda formando figuras geométricas com esses elementos.
13 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Definições e características moldadas in loco fluido estabilizante (lama bentonítica ou polímero) cuja função é estabilizar as paredes das escavações, manter resíduos da escavação em suspensão. O ideal é que o nível da lama na escavação esteja pelo menos 2,00 m acima do nível do lençol freático. cargas elevadas condições adversas do subsolo, tais como solo mole, areias fofas lençol freático a pouca profundidade etc. OBS: Por questões ambientais, o uso dos polímeros, ou técnicas para substituição da lama bentonítica vem sendo muito utilizadas.
14 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Características do fluido estabilizante Lama TABELA DA NBR Propriedades Valores Equipamentos para ensaio Densidade 1,025 g/cm3 a 1,10 g/cm3 Densímetro Viscosidade 30 s/qt a 90 s/qt Funil Marsh ph 7 a 11 Indicador de ph Teor de areia Até 3 % Baroid sand content ou similar
15 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Características do fluido estabilizante Polímero TABELA DA NBR Propriedades Valores Equipamentos para ensaio Densidade 1,005 g/cm3 a 1,10 g/cm3 Densímetro Viscosidade 35 s/qt a 120 s/qt Funil Marsh ph 8 a 12 Indicador de ph Teor de areia Até 4,5 % Baroid sand content ou similar
16 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Características do fluido estabilizante Densidade Balança de lama
17 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Características do fluido estabilizante Viscosidade
18 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Características do fluido estabilizante PH
19 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Características do fluido estabilizante Teor de Areia
20 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Características do concreto fck > 30 Mpa (C30) Consumo mínimo de cimento = 400kg/m³ Abatimento ( Slump-test ) = cm Fator água/cimento 0,60 Diâmetro máximo do agregado entre 9,5 e 25 mm. Teor de exsudação 4%.
21 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Características não causa vibração, Baixo índice de ruído necessita de área relativamente grande para a instalação dos equipamentos e acessórios necessários à sua escavação; Pode ser executada de uma cota muito acima do arrasamento. Os métodos semi-empíricos de cálculo de capacidade de carga mais utilizados para esse tipo de estaca são Davi Cabral, Aoki-Veloso adaptado, Décourt- Quaresma adaptado e Teixeira.
22 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Métodos de previsão de capacidade de carga Métodos teóricos Para o dimensionamento de fundações profundas, foram desenvolvidos métodos teóricos sobre a interação estaca-solo envolvendo diversos parâmetros geotécnicos relacionados à natureza do solo que, na maioria das vezes, não são facilmente obtidos. Além do mais, uma variação de apenas 5 no ângulo de atrito, de 30 para 35, pode significar um aumento de aproximadamente 100% na capacidade da carga, segundo Vesic (1963) e Berezantsev et al (1961), ou de cerca de 150%, segundo Meyerhof (1951). Décourt, 1996
23 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Métodos de previsão de capacidade de carga Métodos semi-empíricos Por conta da complexidade dos parâmetros dos métodos teóricos, muitos pesquisadores desenvolveram métodos semi-empíricos baseados em estudos estatísticos, retroanálise de provas de carga e em sua própria experiência, levando em consideração as características do solo de determinada região. Os mais utilizados para estacas escavadas são: Décourt-Quaresma (1978); Aoki-Velloso (1975); Teixeira (1996); David Cabral (estacas em rocha) (2000).
24 EXECUÇÃO DAS ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE
25 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em solo
26 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE
27 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em solo
28 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em solo
29 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em solo
30 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em solo
31 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE
32 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE
33 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Arrasamento das estacas Estaca concretada, pronta para ser arrasada
34 Arrasamento das estacas Arrasamento das estacas, executado com rompedor na posição horizontal. Cabeça, plana, horizontal e 5 cm acima do lastro de concreto magro.
35 SEQUÊNCIA EXECUTIVA
36 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Perfuração em solo e rocha alterada
37 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha alterada
38 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha alterada
39 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha alterada
40 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha alterada
41 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha alterada
42 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha alterada
43 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha sã e camisa metálica integral
44 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha sã e camisa metálica integral
45 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha sã e camisa metálica integral
46 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha sã e camisa metálica integral
47 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacão em rocha sã e camisa metálica integral
48 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacas barrete
49 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacas barrete Equipamento perfuração em solo:
50 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacas barrete Vídeo: Escavação com clam shell. Fonte: Acervo ZF.
51 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacas barrete Equipamento perfuração em rocha:
52 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacas barrete Equipamento fresa:
53 ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZANTE Estacas barrete Vídeo: Arrasamento de estaca barrete. Fonte: Acervo ZF.
54 ESTACAS RAIZ
55 ESTACAS RAIZ Definições e propriedades diâmetro, entre 150 e 500 mm, elevada capacidade de carga essencialmente de resistência por atrito lateral, Indicada para locais de difícil acesso - subsolo com presença de matacões, reforço de fundações existentes, entre outros; com rocha na ponta, pode ser empregada também como estaca com resistência de ponta. tem a vantagem de atravessar qualquer tipo de terreno, inclusive rocha, matacão, concreto armado e alvenaria. Não causam vibração nem alívio de tensões do terreno.
56 ESTACAS RAIZ Sondagem necessidade de estaca raiz Matacão Matacão Rocha
57 ESTACAS RAIZ Métodos de previsão de capacidade de carga David Cabral (1986) O método de David Cabral leva em conta a pressão de injeção da nata de cimento durante o processo de execução e a variação de camadas atravessadas pela estaca. Pr = Pl + Pp Pl = ß 0 ß 1 N U Al Pp = ß 0 ß 2 N Ab Essa expressão é válida para pressão de injeção de até 0,4 MPa.
58 ESTACAS RAIZ Métodos de previsão de capacidade de carga Lizzi (1985) α: coeficiente que depende do tipo de solo em que se situa a ponta da estaca; NP: média dos valores dos SPTs medidos 1m acima e 1m abaixo da ponta da estaca (valores acima de 40 golpes devem ser tomados iguais a 40); AP: área de ponta da estaca; β: índice de atrito lateral; N: média dos valores dos SPTs medidos ao longo do fuste da estaca; P: perímetro do fuste da estaca; L: comprimento útil da estaca. PAD: carga admissível.
59 ESTACAS RAIZ Procedimento 1. Perfuração: é realizada por rotação de tubos auxiliada por circulação de água. Na extremidade do tubo é acoplada uma coroa de perfuração adequada às características geológicas da obra.
60 ESTACAS RAIZ Procedimento 2. Instalação da armação: após a perfuração, continua-se com a injeção de água sem avançar a perfuração, para limpeza do furo. A seguir instala-se a armadura.
61 ESTACAS RAIZ
62 ESTACAS RAIZ
63 ESTACAS RAIZ
64 ESTACAS RAIZ
65 ESTACAS RAIZ
66 ESTACAS RAIZ
67 ESTACAS RAIZ
68 ESTACAS RAIZ
69 ESTACAS RAIZ Vídeo: Estaca raiz perfuração em rocha. Fonte: Acervo ZF.
70 ESTACAS RAIZ Reforço de fundações
71 ESTACAS RAIZ Reforço de fundações
72 Caso de obra onde foram utilizadas as duas soluções combinadas.
73 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
74 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO SPT ou % de Prof. Casos de obra Recuperação Convenções Gráficas Posição das Amostras e das Manobras dos Testemunhos (m) 0.00 Classificação do Material Sondagem Lâmina D'água /33 1/ Argila Siltosa, Cinza Escura 5 5 5/27 8/ Areia Fina a Média Siltosa, Cinza e Amarela Gnaisse com Estrutura Foliada Variando entre Subhorizontal e Inclinada, Textura Fina a Média, Cinza SPT REC
75 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
76 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
77 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
78 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
79 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
80 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
81 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
82 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
83 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
84 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
85 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
86 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
87 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
88 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
89 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
90 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
91 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
92 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
93 ESTACAS RAIZ E ESTACÃO Casos de obra
94 FIM OBRIGADO
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